专利名称：一种gps接收装置的自律辅助导航定位方法
技术领域：
本发明属于陆地导航技术领域，尤其涉及一种可实现在城市楼区、高架桥下和涵洞隧道等GPS卫星信号盲区的定位连续性，提高GPS应用范围和GPS设备性能价格比的GPS接收装置的自律辅助导航定位方法。
背景技术：
目前我国广泛使用的GPS导航装置，完全依赖于GPS卫星信号，在城市立体交通发展日益加快、高层建筑发展迅猛等众多因素影响下，形成了很多GPS信号盲区，这种情况下GPS接收机根本无法定位。因此，迫切需要一种可以在盲区辅助定位的方法，以保证导航的连续性。目前，可以实现辅助定位的方法主要有无线电测距辅助定位、地磁传感器辅助定位和电子传感器辅助定位。无线测距辅助定位要求在已知的GPS盲区大面积安装无线发射设备，其成本难以控制，也不利于在山区等城区以外实施。另一辅助性定位方法为依赖大地磁场进行，即在本体内安装地磁传感器，这种方法在车辆等电磁干扰比较强或矿区附近，尤其是铁、镍等铁磁矿区，因地磁传感器失灵根本无法进行辅助导航定位。采用电子传感器辅助定位的方法简单易行、成本低、见效快、短时间内精度高、抗干扰性能好，不失是一种行之有效的辅助定位方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种在原GPS数据的基础上，通过对运行速度、运行方向数据的测算，实时输出两维的定位信息，从而让GPS导航系统实现无盲区、抗遮挡、无间断定位导航的GPS接收装置的自律辅助导航定位方法。
本发明的目的是这样实现的本发明的自律辅助导航定位方法如下第一步GPS天线接收信号后，由前置放大器CIL有选择地对1575.42+1MHz的信号放大，信号经过带宽滤波器BPF滤波后，由伪随机码展频解调器(KCA-36)展频后解调，并由微处理器CPU(KCD-63)进行解码运算，并将处理后的数据使用TTL电平输出，第二步伪随机码展频解调器(KCA-36)上连接有标准频率器KCY-71，在解码后，CPU判断可以接收到信号卫星数量、信号强度等是否满足定位需要，首次使用时，要求安装设备后首先进行初始化，以便得到并保存脉冲距离常数，初始化方法为GPS定位后让载体运行速度保持在20公里以上，匀速直线行驶一段时间(30到50秒)，这样就会自动计算得到的脉冲距离常数，并保存到RAM中，RAM中的数据由备份电池维持，第三步初始化工作结束以后如遇到GPS不能定位将自动切换到自律导航状态，由与外部连接的角速度传感器，在最后一次定位的基础上通过积分运算得到当前车辆的运行方向，再对车速传感器的脉冲信号进行单位时间计数得到前进距离，然后换算出经纬度的偏差值，从而得到当前的实际经纬度，第四步在初始化工作结束以后，只要在定位状态下，速度在20公里以上，并保持匀速行驶时，就自动校正脉冲距离常数，这样就可以随时校正轮胎磨损和充气气压不同带来的轮胎半径的误差，校正环境影响造成脉宽的误差，这也正是本装置所提的自律所在。
卫星信号接收单元电路包括GPS接收天线、前置放大器CIL和带宽滤波器BPF，GPS天线收到信号后，由前置放大器CIL对1575.42±1MHz的信号放大，经过带宽滤波器BPF滤波后，通过带宽滤波器BPF与混频器相连接将信号送入卫星信号处理单元电路，卫星信号处理单元电路包括伪随机码展频解调器(KCA-36)和与伪随机码展频解调器(KCA-36)相连接的微处理器CPU(KCD-63)，CPU(KCD-63)完成导航电文解调，完成A/D转换功能，完成A/D转换后的累加计算，导入程序存储器程序，导入RAM区工作参数，解码后负责提供频标1Hz脉冲的服务，负责输出二进制导航数据。
车辆的角速度传感器采用压电陶瓷角速度传感器(EWT-82)，此传感器有三个接线端子，电源地各使用一个端子，另一个端子为输出端子，直接联入GPS接收机上的微处理器CPU(KCD-63)输入端，其信号变化范围在1～1.5V内，中心电压为1.25V，每秒钟感测范围小于60度，每度电压变化单位为25mV，顺时针旋转电压升高，逆时针旋转电压降低，发生角度偏转后，由GPS接收机的微处理器CPU(KCD-63)对此电压量进行数模转换，并进行积分运算，求得偏转角度。
一般情况下，当GPS卫星信号被遮挡后，普通GPS接收机将陷于瘫痪，而本发明则在GPS信号中断前的数据基础上，通过对运行速度、运行方向数据的测算，实时计算并输出两维的定位信息，从而实现了在城市楼区、高架桥下和涵洞隧道等GPS卫星信号盲区的定位连续性，极大地提高了GPS应用范围和GPS设备的性能价格比。本发明的特点是在现有GPS接收机的基础上完成适合自律辅助导航实现的，利用GPS内部的集成A/D转换器，与外部角速度传感器相连接，通过积分运算得到车辆的运行方向，再对车速传感器的脉冲信号进行单位时间计数得到前进距离，然后换算出经纬度的偏差值，从而得到当前的实际经纬度。因此本发明具有定位简单易行、成本低、见效快、精度高、抗干扰性能好、可实现无盲区、抗遮挡、无间断定位导航的优点，不失是一种行之有效的辅助定位方法。
图1为本发明的工作原理图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明的自律辅助导航定位方法具体如下第一步GPS天线接收信号后，由前置放大器CIL有选择地对1575.42±1MHz的信号放大，信号经过带宽滤波器BPF滤波后，由伪随机码展频解调器(KCA-36)展频后解调，并由微处理器CPU(KCD-63)进行解码运算，并将处理后的数据使用TTL电平输出，第二步伪随机码展频解调器(KCA-36)上连接有标准频率器KCY-71，在解码后，CPU判断可以接收到信号卫星数量、信号强度等是否满足定位需要，首次使用时，要求安装设备后首先进行初始化，以便得到并保存脉冲距离常数，初始化方法为GPS定位后让载体运行速度保持在20公里以上，匀速直线行驶一段时间(30到50秒)，这样就会自动计算得到的脉冲距离常数，并保存到RAM中，RAM中的数据由备份电池维持，第三步初始化工作结束以后如遇到GPS不能定位将自动切换到自律导航状态，由与外部连接的角速度传感器，在最后一次定位的基础上通过积分运算得到当前车辆的运行方向，再对车速传感器的脉冲信号进行单位时间计数得到前进距离，然后换算出经纬度的偏差值，从而得到当前的实际经纬度，第四步在初始化工作结束以后，只要在定位状态下，速度在20公里以上，并保持匀速行驶时，就自动校正脉冲距离常数，这样就可以随时校正轮胎磨损和充气气压不同带来的轮胎半径的误差，校正环境影响造成脉宽的误差，这也正是本装置所提的自律所在。
卫星信号接收单元电路包括GPS接收天线、前置放大器CIL和带宽滤波器BPF，GPS天线收到信号后，由前置放大器CIL对1575.42+1MHz的信号放大，经过带宽滤波器BPF滤波后，通过带宽滤波器BPF与混频器相连接将信号送入卫星信号处理单元电路，卫星信号处理单元电路包括伪随机码展频解调器(KCA-36)和与伪随机码展频解调器(KCA-36)相连接的微处理器CPU(KCD-63)，CPU(KCD-63)完成导航电文解调，完成A/D转换功能，完成A/D转换后的累加计算，导入程序存储器程序，导入RAM区工作参数，解码后负责提供频标1Hz脉冲的服务，负责输出二进制导航数据。
车辆的角速度传感器采用压电陶瓷角速度传感器(EWT-82)，此传感器有三个接线端子，电源地各使用一个端子，另一个端子为输出端子，直接联入GPS接收机上的微处理器CPU(KCD-63)输入端，其信号变化范围在1～1.5V内，中心电压为1.25V，每秒钟感测范围小于60度，每度电压变化单位为25mV，顺时针旋转电压升高，逆时针旋转电压降低，发生角度偏转后，由GPS接收机的微处理器CPU(KCD-63)对此电压量进行数模转换，并进行积分运算，求得偏转角度。车辆的角速度传感器EWT-82的输出端经A/D转换器转换后与微处理器CPU(KCD-63)连接后，电源与GPS共电，这样可以保证角度转换计算的精度。
车辆的速度脉冲传感器的选用根据车速表的种类选用，对于机械式车速表，可使用由光电码盘和机械传动三通器组成的传感器，对于电脉冲计数器可直接将此电脉冲信号进行变幅，即要求其电平为TTL电平。
伪随机码展频解调器(KCA-36)集成了混频器、压控时钟(VCO)、锁相环(PLL)。其中锁相环(PLL)与标准频率器(KCY-71)相连接。
考虑到各种车辆输出或转换后的车速脉冲不具有同样幅度的电平，微处理器CPU上的计数器与车辆的速度脉冲传感器连接之间还可以设置有光电隔离器，隔离了来自汽车高压点火时的电磁冲击带来的影响，对系统起到了保护作用。
标准频率器使用了日本京瓷公司生产的KCY-71，此有源振荡器的特点是不会因环境温度的变化导致所产生振荡频率的漂移，这样，我们在解扩的同时也有效地抑制了零点漂移。在解码后，判断可以接收到信号卫星数量、信号强度等是否满足定位需要，不能满足定位需要时，判断内存中是否保存有脉冲距离常数和方位角数据的时效性，满足条件就切换用自律辅助导航；不能满足以上条件，继续搜索卫星。在通过GPS卫星定位后，自动进行初始化工作，保存自律导航所用常数，待再次进入盲区后使用。
权利要求
1.一种GPS接收装置的自律辅助导航定位方法，其特征在于第一步GPS天线接收信号后，由前置放大器CIL有选择地对1575.42±1MHz的信号放大，信号经过带宽滤波器BPF滤波后，由伪随机码展频解调器(KCA-36)展频后解调，并由微处理器CPU(KCD-63)进行解码运算，并将处理后的数据使用TTL电平输出，第二步伪随机码展频解调器(KCA-36)上连接有标准频率器KCY-71，在解码后，CPU判断可以接收到信号卫星数量、信号强度等是否满足定位需要，首次使用时，要求安装设备后首先进行初始化，以便得到并保存脉冲距离常数，初始化方法为GPS定位后让载体运行速度保持在20公里以上，匀速直线行驶一段时间(30到50秒)，这样就会自动计算得到的脉冲距离常数，并保存到RAM中，RAM中的数据由备份电池维持，第三步初始化工作结束以后如遇到GPS不能定位将自动切换到自律导航状态，由与外部连接的角速度传感器，在最后一次定位的基础上通过积分运算得到当前车辆的运行方向，再对车速传感器的脉冲信号进行单位时间计数得到前进距离，然后换算出经纬度的偏差值，从而得到当前的实际经纬度，第四步在初始化工作结束以后，只要在定位状态下，速度在20公里以上，并保持匀速行驶时，就自动校正脉冲距离常数，这样就可以随时校正轮胎磨损和充气气压不同带来的轮胎半径的误差，校正环境影响造成脉宽的误差，这也正是本装置所提的自律所在。
2.根据权利要求1所述的一种GPS接收装置的自律辅助导航定位方法，其特征在于卫星信号接收单元电路包括GPS接收天线、前置放大器CIL和带宽滤波器BPF，GPS天线收到信号后，由前置放大器CIL对1575.42±1MHz的信号放大，经过带宽滤波器BPF滤波后，通过带宽滤波器BPF与混频器相连接将信号送入卫星信号处理单元电路，卫星信号处理单元电路包括伪随机码展频解调器(KCA-36)和与伪随机码展频解调器(KCA-36)相连接的微处理器CPU(KCD-63)，CPU(KCD-63)完成导航电文解调，完成A/D转换功能，完成A/D转换后的累加计算，导入程序存储器程序，导入RAM区工作参数，解码后负责提供频标1Hz脉冲的服务，负责输出二进制导航数据。
3.根据权利要求1所述的一种GPS接收装置的自律辅助导航定位方法，其特征在于车辆的角速度传感器采用压电陶瓷角速度传感器(EWT-82)，此传感器有三个接线端子，电源地各使用一个端子，另一个端子为输出端子，直接联入GPS接收机上的微处理器CPU(KCD-63)输入端，其信号变化范围在1～1.5V内，中心电压为1.25V，每秒钟感测范围小于60度，每度电压变化单位为25mV，顺时针旋转电压升高，逆时针旋转电压降低，发生角度偏转后，由GPS接收机的微处理器CPU(KCD-63)对此电压量进行数模转换，并进行积分运算，求得偏转角度。
4.根据权利要求1所述的一种GPS接收装置的自律辅助导航定位方法，其特征在于车辆的速度脉冲传感器的选用根据车速表的种类选用，对于机械式车速表，可使用由光电码盘和机械传动三通器组成的传感器，对于电脉冲计数器可直接将此电脉冲信号进行变幅，即要求其电平为TTL电平。
5.根据权利要求1所述的一种GPS接收装置的自律辅助导航定位方法，其特征在于伪随机码展频解调器(KCA-36)集成了混频器、压控时钟(VCO)、锁相环(PLL)，其中锁相环(PLL)与标准频率器(KCY-71)相连接，由CPU完成A/D转换后并进行自律导航计算。
全文摘要
本发明涉及一种可实现GPS卫星信号盲区的定位连续性，提高GPS应用范围和GPS设备性能价格比的GPS接收装置的自律辅助导航定位方法，在GPS信号中断前数据基础上，对运行速度、运行方向数据的测算，实时计算并输出两维的定位信息，GPS天线接收信号后，信号经放大、滤波、展频解调、CPU解码运算，在解码后CPU判断接收到信号卫星数量、信号强度是否满足定位需要，如GPS不能定位将自动切换到自律导航状态，由角速度传感器通过积分运算得到车辆的运行方向，对车速传感器的脉冲信号计数得到前进距离，具有定位简单易行、成本低、见效快、精度高、抗干扰性能好、可实现无盲区、抗遮挡、无间断定位导航的优点，不失是一种行之有效的辅助定位方法。
文档编号G01S19/26GK1595191SQ20041001036
公开日2005年3月16日 申请日期2004年6月22日 优先权日2004年6月22日
发明者吴晓北, 陈亨, 刘五一 申请人:河南紫辰科技发展有限公司