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在當(dāng)今社會，汽車成為城市主要的交通工具之一，也越來越成為人們生活中不可缺少的一部分。實現(xiàn)對汽車更加準(zhǔn)確的導(dǎo)航和定位，將使外出旅行變得更加快捷方便，同時對改善我國的交通狀況也具有重要意義。 目前，國內(nèi)由于GPS存在著導(dǎo)航衛(wèi)星信號容易受到外部干擾或屏蔽的問題。例如，當(dāng)車輛行駛在城市高樓區(qū)、地下隧道內(nèi)、立交橋下時，由于衛(wèi)星信號受到遮擋而容易暫時“丟失”，而使GPS接收機無法給出定位解或定位精度很差。DR系統(tǒng)可以實現(xiàn)連續(xù)自主的導(dǎo)航定位，抗干擾性強，但是DR方向傳感器誤差較大，且隨時間積累，無法長期使用。針對這些情況，本文給出一種利用嵌入式微處理器S3C44B0x開發(fā)板作為中央處理單元，利用GPS模塊提供位置數(shù)據(jù)和DR模塊的航位推算，經(jīng)過聯(lián)合卡爾曼濾波，最終通過信息融合和地圖匹配，在彩色LCD(LFUBK909A)模塊上顯示出來。 1 系統(tǒng)硬件設(shè)計 1．1 系統(tǒng)硬件組成 基于ARM的GPS／DR導(dǎo)航系統(tǒng)原理如圖1所示，系統(tǒng)主要包括ARM微控制器、GPS系統(tǒng)、航位推算(DR)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理單元、顯示LCD單元。其中，DR系統(tǒng)所用的主要硬件包括航向傳感器以及距離(速率)傳感器。 因此，選用CRS03角速度陀螺儀提供角速度，它使用硅性MEMS技術(shù)，在劇烈沖擊和震動條件下仍然能夠保持卓越的性能。里程計主要由安裝在車輪上的傳動拾取裝置和脈沖信號發(fā)生電路組成，車輪每轉(zhuǎn)動一個固定角度，里程計就輸出一個脈沖信號，在一定時間內(nèi)里程計輸出的脈沖總數(shù)，乘以合適的刻度系數(shù)，就可以得到車輪在這段時間所滾過的距離。 采用Rockwell公司研制的高性能的Jupiter GPSOEM：接收機來實現(xiàn)GPS定位，接收板的主要技術(shù)指標(biāo)如下： (1)定位精度：定位精度小于15 m(無SA時)； (2)跟蹤能力：同時跟蹤12顆衛(wèi)星； (3)操作環(huán)境：工作溫度范圍是-40～+85℃； (4)單一+5 V供電，有兩個半雙工的串口；串口1用于輸出定位結(jié)果和接收對其進行初始化的寫入，串口2用于接收差分信息 1．2．2 信息融合 采用聯(lián)合卡爾曼濾波器進行信息融合。它是一個兩級數(shù)據(jù)處理過程，利用信息分配原則來消除各子系統(tǒng)估計的相關(guān)性，分配后的信息與局部傳感器信息進行融合，完成局部傳感器的信息更新，更新后的局部信息融合成一個新的全局狀態(tài)估計，如圖3所示。整個組合導(dǎo)航系統(tǒng)工作正常時，DR系統(tǒng)含有三個濾波器，其中兩個分別處理位移信息和航向信息，局部濾波器處理航位推算的導(dǎo)航信息；再將DR和GPS的導(dǎo)航信息輸送到主濾波器進行最優(yōu)融合產(chǎn)生高精度的導(dǎo)航信息。 1．3 LCD子系統(tǒng)設(shè)計 車載系統(tǒng)的顯示裝置采用了320×240點陣式5．2英寸彩色液晶顯示屏 (LFUBK909A)，因為S3C44B0內(nèi)嵌LCD控制器(支持320×240顯示屏)，無需外接LCD顯示控制器，簡化了設(shè)計。內(nèi)嵌的LCD控制器采用DMA方式將顯示緩存中的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠縇CD驅(qū)動電路，支持單色，4級灰度和16級灰度模式以及256級彩色的LCD。圖4是S3C4480與 LFUBK909A的接口。 2 軟件設(shè)計 該導(dǎo)航系統(tǒng)的軟件開發(fā)是在ADS 1．2開發(fā)環(huán)境下完成的。軟件主要采用C語言編寫，在整體編譯調(diào)試通過和運行正常后，使用ADS 1．2開發(fā)環(huán)境中的片上調(diào)試功能，將源程序燒錄到FLASH，這樣將JTAG和電源斷開重新上電后，程序就可以脫機運行了。圖5是主線程的軟件流程圖。 將GPs接收機的輸出信息與DR系統(tǒng)所得的距離變化量d和航向角θ信息傳送到嵌入式S3C4480中，首先利用相應(yīng)的軟件進行兩套數(shù)據(jù)的時空同步，然后利用卡爾曼濾波器進行組合處理。有關(guān)校正計算，可以在計算機上實現(xiàn)，無需反饋回子系統(tǒng)。組合處理GPS和DR數(shù)據(jù)，可以實時進行，也可以測量后實施。圖6是聯(lián)合卡爾曼濾波器的軟件流程圖。 3 結(jié) 語 基于ARM7采用GPS／DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)來克服單獨采用GPS信號易丟失和航位推算DR的缺點，通過數(shù)據(jù)濾波處理和信息融合算法，使得定位誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于單獨GPS系統(tǒng)，同時也彌補了DR系統(tǒng)誤差發(fā)散的特點，最終在彩色LCD(LFUBK909A)上顯示出來。實驗結(jié)果證明了該組合是行之有效的。 |
