TWI382153B - 慣性導航系統地圖回饋校正方法 - Google Patents

Description

慣性導航系統地圖回饋校正方法

本發明係有關於一種回饋校正方法，尤指一種以地圖經緯度資訊整合處理慣性導航系統提供的資料，用以進行誤差修正之慣性導航系統地圖回饋校正方法。

按，衛星導航系統為目前載具所經常使用的定位系統之一，如第一圖所示，習知衛星導航系統包含有一輸入裝置1a、一GPS接收裝置2a、一平面電子地圖資料庫3a、一路徑選擇裝置4a、一導航軟體裝置5a、一通訊裝置6a與一顯示裝置7a。

該輸入裝置1a是用來提供功能的選擇，而該GPS接收裝置2a係用來接收衛星信號而定位汽車目前所在的位置，並將此一相關資訊提供給該導航軟體裝置5a以及該路徑選擇裝置4a，而該平面電子地圖資料庫3a係存有平面電子地圖以及相關的座標、屬性等資料。

路徑選擇裝置4a可以依據輸入裝置1a之指令要求，自該平面電子地圖資料庫3a中所儲存的龐大資料中擷取使用者所需要的部份。接著再由該路徑選擇裝置4a依據使用者之指示，決定一起點與一終點，並尋找一條花費最少時間與距離，而能由起點到終點的導引路徑。

該通訊裝置6a則是能夠與一行控中心進行無線資料交換，因此能夠提供駕駛人即時路況以及相關情報。故當導航軟體裝置5a接收到上述導引路徑、目前所在位置及 平面電子地圖等相關資料後，就能夠產生一結果影像並傳送至該顯示裝置7a上加以顯示，藉此引導駕駛人。

除衛星導航系統外，另一經常使用的定位系統為慣性定位系統，該慣性定位系統設有一慣性量測單元，俾藉該慣性量測單元量測載具的位置，提供駕駛人定位資訊；然，目前的衛星導航系統與慣性定位系統皆有缺點：1、該衛星導航系統容易受地形影響，一旦衛星訊號遭地形遮蔽，該衛星導航系統就無法提供定位的功能，喪失導航的功能。

2、該慣性定位系統雖然不會遭到地形影響而失靈，但該慣性定位系統會產生累積誤差，使得定位的精準度愈差愈遠，因此必須時常作修正。

如台灣專利申請案號第93110021號「載具之整合定位系統與方法」之發明專利案，揭露了一種載具之整合定位系統與方法，其利用全球定位系統(GPS)提供初始之載具位置、速度大小與方向，以供慣性導航系統(INS)下一時刻之定位輸出，而當全球定位系統再次定位後，便利用全球定位系統定位資料來校正慣性導航系統的定位輸出，因此可修正慣性導航系統之累積誤差。

可是上述專利案卻有以下缺點：雖然解決累積誤差的問題，可是一旦碰到長時間接收不到GPS訊號時，則該慣性導航系統將會無法進行比對，去訂出修正的誤差。

緣是，本發明人有感上述缺失之可改善，提出一種合理且有效改善上述缺失之本發明。

本發明之主要目的，在於提供一種慣性導航系統地圖回饋校正方法，藉由電子地圖資料庫提供經緯度資訊，來校正慣性導航系統之累積誤差。

為了達成上述之目的，本發明係提供一種慣性導航系統地圖回饋校正方法，其步驟包括：依據起點與終點，於一導航軟體模組中利用一電子地圖資料庫之地圖資訊建立一路徑規劃點資訊；藉由一慣性感測單元，以在GPS訊號接收模組收不到訊號時提供一量測資訊；該量測資訊經一微控制處理單元(MCU)處理，產生出一慣性導航路徑點資訊；透過該導航軟體模組提供該路徑規劃點資訊上目前的經緯度資訊；比較該慣性導航路徑點資訊與該路徑規劃點資訊上目前的經緯度資訊，產生出一修正值資訊；以該修正值資訊作為校正基準，校正之後的慣性導航路徑點資訊。

本發明具有以下有益效果：1、藉由該修正值資訊校正下一次的慣性導航路徑點資訊，即時校正消除因該慣性感測單元之累積誤差所導致的偏移。

2、無需藉GPS訊號進行修正誤差的動作，僅利用電子地圖資料庫提供予導航軟體模組地圖資訊所規劃出的路徑規劃點經緯度資訊即可進行校正。

3、即使長時間無法接收到GPS訊號，只要藉由該導航軟體模組提供的路徑規劃點資訊之經緯度資 訊，即可對該慣性導航路徑點資訊進行校正。

4、長時間無GPS訊號仍可提供高信賴的行車導航資訊。

5、利用電子地圖之經緯度資訊進行校正，增加該慣性感測單元的可信度。

6、駕駛人可享受到精準的道路導航，不再誤判行進路線。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

請參閱第二圖所示，第二圖顯示出本發明之慣性導航系統地圖回饋校正方法之系統架構，而該系統架構包括有：一微慣性處理子系統1與一導航處理子系統2，該微慣性處理子系統1與該導航處理子系統2彼此電性連接。另外，該微慣性處理子系統1與該導航處理子系統2亦可彼此以無線電性連接的方式傳送接收資訊，亦即於該微慣性處理子系統1及該導航處理子系統2各設有發射單元及接收單元(圖上未示)。

該微慣性處理子系統1具有一微控制處理單元11 (MCU)、一慣性感測單元12與一GPS訊號接收模組13，其中該微控制處理單元11電性連接該慣性感測單元12與該GPS訊號接收模組13，俾藉該微控制處理單元11處理該慣性感測單元12與該G PS訊號接收模組13所提供的資料。該慣性感測單元12係用以量測車輛運動狀態，並將所量測到的資料傳送給該微控制處理單元11處理。

該GPS訊號接收模組13係用以接收GPS訊號，藉此將接收的GPS訊號傳送進入該微控制處理單元11處理。

該導航處理子系統2具有一導航軟體模組21與一電子地圖資料庫22，其中該導航軟體模組21電性連接該微控制處理單元11與該電子地圖資料庫22之間，並且該導航軟體模組21與該微控制處理單元11係進行資料的雙向溝通傳輸。

該電子地圖資料庫22係為提供一經緯度資訊之地圖資料庫，且該電子地圖資料庫22電性連接該導航軟體模組21，藉此該電子地圖資料庫22傳送經緯度資訊至該導航軟體模組21處理。

請參閱第三圖所示，依據上述系統架構，本發明提出一種慣性導航系統地圖回饋校正方法，其步驟包括(請同時參閱第二圖)：(a)依據起點與終點，於該導航軟體模組21中依該電子地圖資料庫22的地圖資訊建立一路徑規劃點資訊。

(b)在該GPS訊號接收模組2接收不到任何GPS訊號時，由該慣性感測單元12提供一量測資訊，並且將該量測資訊傳送至該微控制處理單元 11中整合處理，而得到一慣性導航路徑點資訊。

(c)藉由該導航軟體模組21提供該路徑規劃點資訊上目前的經緯度資訊。

(d)依據該路徑規劃點資訊上目前的經緯度資訊與該慣性導航路徑點資訊，經比較產生一修正值資訊。

(e)藉該修正值資訊，以校正之後的慣性導航路徑點資訊。

(f)校正後的慣性導航路徑點資訊經處理產生一行車導航資訊，藉此駕駛人得到道路方向的導航。

為了幫助熟習此項技術人員明白並實施本發明，在此詳細介紹說明本發明之方法細節。首先，駕駛人利用該電子地圖資料庫22的地圖資訊在該導航軟體模組21中依據起點與終點去設定導航路徑，建立該路徑規劃點資訊，藉由該路徑規劃點資訊以進行車輛的導航，引導駕駛人到達目的地，其中車輛的導航係藉由該GPS訊號接收模組13與該慣性感測單元12相互搭配共同完成的。

可是由於GPS訊號易受地形的影響而被遮蔽，因此會使得該GPS訊號接收模組13接收不到任何GPS訊號；一旦GPS訊號接收模組13無法運作時，於是藉由該慣性感測單元12不間斷地量測車輛運動狀態，以產生該量測資訊，而該量測資訊再傳送至該微 控制處理單元11中處理，其中該慣性感測單元12可為一加速度計或一陀螺儀，亦或為該加速度計與該陀螺儀兩裝置之搭配，而本實施例中該慣性感測單元12為該加速度計與該陀螺儀，故該量測資訊係指由該加速度計所量測的車輛加速度測量值，與該陀螺儀所量測到的車輛轉動角度量測值。

該微控制處理單元11接收該量測資訊後，經整合處理，產生出該慣性導航路徑點資訊，其中該慣性導航路徑點資訊會受該量測資訊影響，係由於該慣性感測單元12會有累積誤差，故連帶使得該慣性感測單元12提供的量測資訊受到累積誤差影響，進而使該微控制處理單元11產生的慣性導航路徑點資訊持續偏移，遠離正確的慣性導航路徑點資訊(如第四圖所示，圖中A代表正確的慣性導航路徑點資訊，而圖中B代表偏移的慣性導航路徑點資訊)。

為了消除該慣性感測單元12之累積誤差所帶來的影響，於是藉由該導航軟體模組21提供該路徑規劃點資訊上目前的經緯度資訊至該微控制處理單元11中處理，而該微控制處理單元11依據該慣性導航路徑點資訊與該路徑規劃點資訊上目前的經緯度資訊，進行比較而產生該修正值資訊。

進一步，該微控制處理單元11以該修正值資訊為校正基準，校正之後的慣性導航路徑點資訊，藉此校正偏移的慣性導航路徑點資訊，使該慣性導航路徑點資訊 與該路徑規劃點資訊一致(如第五圖所示，圖中C代表路徑規劃點資訊，而圖中D代表校正後的慣性導航路徑點資訊)。

校正完成後，該微控制處理單元11傳送校正後的慣性導航路徑點資訊至該導航軟體模組21中處理，而該導航軟體模組21最後產生出該行車導航資訊，藉此提供駕駛人精確無偏移的道路方向導航。此外，該行車導航資訊的產生亦可於該微控制處理單元11中進行，即校正後的慣性導航路徑點資訊直接由該微控制處理單元11處理，產生出該行車導航資訊。

另於本實施例中，該修正值資訊的產生也可以於該導航軟體模組21中進行，亦即該導航軟體模組21中有該路徑規劃點資訊上目前的經緯度資訊，而該微控制處理單元11將該慣性導航路徑點資訊傳送至該導航軟體模組21中處理，於是該導航軟體模組21依據該慣性導航路徑點資訊與該路徑規劃點資訊上目前的經緯度資訊，進行比較產生該修正值資訊；然後，該導航軟體模組21將該修正值資訊傳回至該微控制處理單元11中處理，而該微控制處理單元11再以該修正值資訊為校正基準，校正之後的慣性導航路徑點資訊，藉此校正偏移的慣性導航路徑點資訊，使該慣性導航路徑點資訊與該路徑規劃點資訊一致。

是以，本發明之方法具有如下述之特點及功能：1、利用電子地圖資料庫提供的經緯度資訊進行校 正，解決累積誤差所造成的偏移，因此無需利用GPS訊號進行誤差修正的動作。

2、能即時修正消除因該慣性感測單元之累積誤差所導致的偏移，反應速度快。

3、即使長時間無法接收到GPS訊號，藉由該導航軟體模組提供的路徑規劃點之經緯度資訊，亦可對該慣性導航路徑點資訊進行校正。

4、受地形影響而長時間無GPS訊號下，駕駛人依舊可享受到高信賴的行車導航資訊。

5、不再有導航資訊與實際道路不吻合的情形發生，駕駛人享受到精準的道路導航。

6、利用電子地圖之經緯度資訊進行校正，增加該慣性感測單元的可信度。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明之專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效變化，均同理皆包含於本發明之權利保護範圍內，合予陳明。

(習知)

1a‧‧‧輸入裝置

2a‧‧‧GPS接收裝置

3a‧‧‧平面電子地圖資料庫

4a‧‧‧路徑選擇裝置

5a‧‧‧導航軟體裝置

6a‧‧‧通訊裝置

7a‧‧‧顯示裝置

(本發明)

1‧‧‧微慣性處理子系統

11‧‧‧微控制處理單元

12‧‧‧慣性感測單元

13‧‧‧GPS訊號接收模組

2‧‧‧導航處理子系統

21‧‧‧導航軟體模組

22‧‧‧電子地圖資料庫

第一圖係習知導航系統之架構示意圖。

第二圖係本發明之慣性導航系統地圖回饋校正方法之系統架構示意圖。

第三圖係本發明之慣性導航系統地圖回饋校正方法之步驟流程圖。

第四圖係本發明之校正前的慣性導航路徑點資訊之示意圖。

第五圖係本發明之校正後的慣性導航路徑點資訊之示意圖。

Claims (9)

1. 一種慣性導航系統地圖回饋校正方法，其步驟包括：依據起點與終點，於一導航軟體模組中利用一電子地圖資料庫之地圖資訊建立一路徑規劃點資訊；藉由一慣性感測單元，以在一GPS訊號接收模組收不到訊號時提供一量測資訊；該量測資訊經一微控制處理單元(MCU)處理，產生出一慣性導航路徑點資訊；透過該導航軟體模組提供該路徑規劃點資訊上目前的經緯度資訊；比較該慣性導航路徑點資訊與該路徑規劃點資訊上目前的經緯度資訊，產生出一修正值資訊；以該修正值資訊作為校正基準，校正之後的慣性導航路徑點資訊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之慣性導航系統地圖回饋校正方法，其中該量測資訊係由該慣性感測單元量測車輛運動狀態所產生得到的。
3. 如申請專利範圍第2項所述之慣性導航系統地圖回饋校正方法，其中該慣性感測單元為一加速度計或一陀螺儀，亦或為該加速度計與該陀螺儀兩裝置之搭配。
4. 如申請專利範圍第3項所述之慣性導航系統地 圖回饋校正方法，其中量測車輛運動狀態係利用該加速度計與該陀螺儀去量測，而該量測資訊係指該加速度計所量測的車輛加速度測量值，與該陀螺儀所量測到的車輛轉動角度量測值。
5. 如申請專利範圍第1項所述之慣性導航系統地圖回饋校正方法，其中該修正值資訊的產生係由該微控制處理單元對該慣性導航路徑點資訊與該路徑規劃點資訊上目前的經緯度資訊進行比較處理而來的。
6. 如申請專利範圍第1項所述之慣性導航系統地圖回饋校正方法，其中該修正值資訊的產生係由該導航軟體模組對該慣性導航路徑點資訊與該路徑規劃點資訊上目前的經緯度資訊進行比較處理而來的。
7. 如申請專利範圍第1項所述之慣性導航系統地圖回饋校正方法，其中校正後的慣性導航路徑點資訊於該導航軟體模組中處理，而產生出一行車導航資訊，提供駕駛人道路方向的導航。
8. 如申請專利範圍第1項所述之慣性導航系統地圖回饋校正方法，其中校正後的慣性導航路徑點資訊於該微控制處理單元中處理，而產生出一行車導航資訊，提供駕駛人道路方向的導航。
9. 如申請專利範圍第1項所述之慣性導航系統地圖回饋校正方法，其中該電子地圖資料庫為提供經緯度資訊之地圖資料庫。