专利名称：车载导航系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种导航系统，尤其是一种用于车辆行进时的车载导航系统。
汽车在行进时，司机和乘客往往希望随着车辆的行进，能够准确地获知车辆行驶的信息，如车辆当前位置、附近的道路交通情况、最佳的行车路线，以及地理信息检索等，因此在行使过程中，往往需要司机有丰富的导航经验，并且熟知所行驶区域的地理位置，但实际上，由于司机经验和阅历的限制，很难在所有情况下作出正确的判断，选择出最佳的行车路线。
本实用新型的目的是提供一种车载导航系统，它能够在车辆的行进过程中，使司机和乘客能够随时掌握车辆行驶的信息，如车辆当前位置、附近的道路交通情况等各种交通信息。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是本实用新型车载导航系统包括一个显示器，用于在电子地图上显示相关位置信息；一个主机，与显示器连接，它包括一个用于导航控制的中央处理单元；一个GPS模块，能够接收GPS卫星定位系统提供的汽车方位数据，输出经接口电路连接至中央处理单元；一个电子陀螺仪，能够提供角速度数据与GPS模块进行融合处理；一个存储地图数据的存储设备，输出连至中央处理单元。
本实用新型的主机中还可以包括一个用于命令输入的按键面板，该面板与中央处理单元通过总线相连。
本实用新型还可以包括一个扩展机箱，里面可以有功率放大器。AM模块。FM模块。TV模块，通过总线与主机相连。
由于本实用新型基于电子地图数据库，结合GPS定位模块融合角速度传感器信号进行定位推算，把当前车辆位置和目的地位置以图标形式显示在电子地图上，可以根据需要为用户选择出最佳的行车路线，并根据该路线以语音提示和图像方式为司机进行自动引导。同时考虑到司机在行车过程中休息、娱乐方面的需要，系统兼备了汽车音响的全部功能，可以播放CD、VCD、MP3，收听广播和收看电视，且允许用户用遥控、触摸屏和面板进行人机交互。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步具体的说明。
图1是本实用新型的结构框图；图2是本实用新型的主机的原理图；图3是本实用新型的显示器的详细连接图，分成了图3a和图3b两部分，图3a是详细连接图的左侧部分，图3b是其右侧部分，两部分合起来构成显示器的详细连接图；图4是本实用新型的主机的详细连接图；图5是本实用新型具体实现流程图；图6是地图匹配算法的识别处理过程图；图7是地图匹配算法的隶属函数图。
如
图1所示，本实用新型由三部分组成主机、显示器、扩展机箱。各模块采用半双工IEEE-485通讯线连接总线，各部分连接线如下显示屏与主机之间(8根)1.PWR电源开关2.+12V电源3.GND电源地4、VEDIO视频输入5.VGND视频地6.RS485A 485通信线7.RS485B 485通信线主机和扩展机箱之间1.PWR电源开关2.+12V电源3.GND4.VIDEO视频输入，今后扩展功能使用(TV，后视镜)5.VGND6.RS485A7.RS485B 485通信线8.VCD左声道9.VCD右声道
10.导航音频11.音频地12.SPEED车速信号13.SPEED GND车体地14、BACK倒车信号15.GPS火线扩展机盒和车体之间1.SPEED车速2.SPEED GND车体地3、BACK倒车4.SKID刹车5、+12V汽车电源6.地7～14.四个喇叭信号线三个部分其结构如下显示器显示器采用6.4英寸视频接口显示器，并配接触摸屏及遥控接口。当收到遥控信号和点击触屏时，该模块通过485总线向主机传送遥控信号和触屏信号，CPU采用51系列AT2051单片机，单片机实时检测遥控接收头信号，并对其解码。触屏选用4线触屏输入，经AD解码输入单片机，单片机读出其X方向和Y方向电压值，送往主机，其连接图见图3。
扩展机箱扩展机箱内含功放、AM、FM、TV模块，这些模块通过485总线与主机相连，受主机控制。
主机原理框图如图2，详细连接图见图4。主要组成部分是主CPU EP7211对系统进行实时控制，它是32位高速RISC微处理器，配置16MB DRAM和4MBFLASH ROM，FLASH ROM除存放系统启动软件外，还用以存放部分系统信息。另外一个CPU ESS4108及与之配套的ESS3883实现CD、VCD及MP3解码和视频处理。J01接口与PHLIP M2车载抗震机芯连接，用来读取地图数据和娱乐光盘(CD、VCD、MP3)。主CPU通过串行异步通信口连接GPS模块，GPS模块同时连接电子陀螺仪。GPS模块与电子陀螺仪提供的角速度数据进行融合处理，每秒均给出当前车辆的经纬度(模块本身具备以上功能)，保证卫星信号受遮挡时仍能给出当前的经纬度。主CPU串口2与面板通过485总线相连，面板输入按键命令。面板电路控制板选用AT2051单片机实时检测，按键按下后，将键码通过485总线传给主机，完成对系统的控制，系统以NTSC/PAL制式输出视频信号。利用ESS4108实现了CD、VCD、MP3解码及中央处理单元处理的电子地图视频转换。
本实用新型具体实现流程如图5，含有5个主要功能模块地图显示，路径计算，地图匹配与语音引导，信息检索，CD、VCD播放，详细描述如下系统开机后完成初始化，GPS根据导航电文和输入的电子陀螺仪电信号进行数据融合处理(该模块本身具备此功能)，以每秒1次给出当前的经纬度，并由经纬度计算出该点全国地图坐标，其计算方法如下X＝90055.20210706*X经-6548689.120494534Y＝119417.2250229*X纬+6510751.42157932系统根据该坐标位置(也是车辆坐标)从存储设备CDROM读取该位置地图数据进行加载，加载的地图数据是经过矢量化的全国或某省、某市的道路交通图，该地图除了有和车辆行驶密切相关的道路、交通控制信息(如单行、禁转等)外，还有道路附近的各种设施，如加油站、机场、码头、商场、机关、工厂等，用户可选择12级比例对地图缩放，同时32位RISC中央处理单元根据计算出的车辆位置、方向(根据以往GPS数据平滑滤波处理)，以光标、文字方式显示在液晶显示屏上，并不断更新显示屏上的所有地图数据，必要时给出语音提示信息。在车辆行进过程中，由于GP S定位随机误差和地图制作误差的影响，车辆有时不能定位在路上，因此系统利用地图匹配算法与地图进行匹配，把车辆矫正在路段上，地图匹配算法设计思想及实现方法如下。
地图匹配算法的基本思想是利用历史行走轨迹对地图数据库的道路信息进行实时模式识别。车行轨迹曲线作为待匹配样本，以该轨迹曲线附近的所有道路上的道路曲线作为状态模板，通过待匹配样本与模板间的匹配，选择形状相似度最高的模板作为匹配结果。比如采用相似性度量函数用加权二维欧氏距离，为增加匹配的置信度而采用了序贯统计方法。当识别到某一路段时，对当前的数据做路段垂直投影，计算出垂直路段方向上的偏差ΔV并矫正之。
上述算法是基于将地图的每条道路分段线性化成直线段的前提。对每一条描述路段进行模式识别，并将前面多条路段的识别结果做为后一路段相似性度量函数的识别权值。这样充分利用了行走轨迹的相关生，并引入模糊判决的思想，使得识别的可靠性更高。
地图匹配问题可以描述如下测量点观察量是接收下来的行走数据二维随机变量s(x，y)。x，y是指经过地图坐标变换的位置值。状态空间Ω(W1，W2，……，Wc)是在行走轨迹曲线附近一定范围内的所有路段以及没有行走在路段上的状态，类别数c＝路段总数+1是可变的，跟当前的路段状况有关。行走在某一路段上状态Wi(B，E，state)，其中B起始点；E终结点；State上一相连路段状态。
第i条待识别路段的相似性度量函数λ如下λi=qi*Σk=0NΔik………………0≤i.≤c-1---(1)]]>Δik=||s→ik-v→ik||=(xik-xikT)2+(yik-yikT)2---(2)]]>V(x，y)是s向量到路段的投影点。Δ是指平面二维欧氏距离，q是指加权系数。很明显，λ越小，路段的相似性越高。
为了提高路段识别的可靠性，需要遵循一个原则。如果两条路段几乎具有相同的特征或太接近。则两条路都不能作为匹配路段，也不能进行误差矫正。对这种特殊情况采用序贯统计方法，多引入观测点来完成，如图6所示。
加大处理N的值继续跟踪直到两条路段的相似性度量函数满足λj－λi＞r*λj……………………………………………………(3)λj＞λi……………c－1＞f，j＞0，..1＞r＞0…………(4)则判定路段i是当前的行走路段。这里r是判决隔离因子，可根据实际情况自行设定。如果没有路段满足条件，则判断为We状态。
确定相似性度量函数的加权因子q采用以下的模糊判决规则规则一 若是行走路段的后继路段(同一路段)，该路段优先级最高，权值低。规则二 当路段处于多条路径跟踪状态并是已确定行走路段的关联路段(相连不同路段)，则该路段优先级其次，权值与前一行走路段的平均相似性度量值成正比。前一行走路段的相似性度量越小，下一行走路段的识别优先级越高。规则三 若以上都不满足，则优先级偏低。规则四 若有路径规划并且是路径规划路段，则该路段优先级高。权值低。规则五 若行走路段受禁行及单行等条件限制，则该路段优先级低，权值高。
上述判决要用到隶属函数，隶属函数如下图所示，设上一路段的归一化平均相似性度量函数值为λa。如果满足两个上述的规则，则加权系数q值相乘。
为了提高算法的鲁棒性，对于误差引起的速度异常，我们利用推测航法和线性插值来进行GPS数据补偿，以消除部分GPS接收外部粗差。
为了减小算法的计算量，在路段识别过程中用行走方向来滤除方向不同的路段。行走方向的计算可以采用传感器所递交的数据，也可以用递推滑动窗口对GPS数据来做平均。由于GPS数据更新率是1HZ，方向的计算和积累历史数据的个数N有关，所以窗口的大小应该取距离固定，时间(点数N)可变以屏蔽速度的影响。计算公式如下d(n)=arctg((Σi=0Ny[i+1]-y[i])/(Σi=0Nx[i+1]-x[i]))---(5)]]>根据误差模型的分解，在行使速度较慢时，ΔX较小，而对方向计算的影响主要是误差分量ΔS、ΔV，引起数据的漂移。这种情况在停车的时候尤为明显。所以当速度明显很慢的时候，用传感器的数据来替代。
系统还可根据地图提供的禁行、单行等交通信息和路网信息动态形成路网，利用最优化原理，依据时间最短或距离最短原则计算出最佳路径。其设计思想是由路网结点和路作为图的节点和边，由交通信息赋予边一定的权值，例如按照时间最短的要求，等级较高的路(好走的路)仅值低，禁行权位无限大，依据上述原则用图论最短路径算法求得最短路径就是时间最短路径。行车过程中用语音提示用户沿计算出的最佳路径行驶至目的地(如前方左转、右转等)。
VCD解码器ESS4108协同ESS3883完成CD、VCD、MP3解码，视频信号输出到显示器，音频经功放送往扬声器；FM、AM、TV模块接收中央处理单元的命令完成对FM、AM和TV处理单元的控制。
权利要求1.一种车载导航系统，它包括一个显示器，用于在电子地图上显示相关位置信息；一个主机，与显示器连接，它包括一个用于导航控制的中央处理单元；一个GPS模块，能够接收GPS卫星定位系统提供的汽车方位数据，输出经接口电路连接至中央处理单元；一个电子陀螺仪，能够提供角速度数据与GPS模块进行融合处理；一个存储地图数据的存储设备，输出连至中央处理单元。
2.根据权利要求1所述的车载导航系统，其特征在于主机中还包括一个用于命令输入的按键面板，该面板与中央处理单元通过总线相连。
3.根据权利要求1所述的车载导航系统，其特征在于它还包括一个扩展机箱。
4.根据权利要求3所述的车载导航系统，其特征在于该扩展机箱包括一个功率放大器，通过总线与主机相连。
5.根据权利要求3所述的车载导航系统，其特征在于该扩展机箱包括一个AM模块，通过总线与主机相连。
6.根据权利要求3所述的车载导航系统，其特征在于该扩展机箱包括一个FM模块，通过总线与主机相连。
7.根据权利要求3所述的车载导航系统，其特征在于该扩展机箱包括一个TV模块，通过总线与主机相连。
8.根据权利要求1所述的车载导航系统，其特征在于该显示器采用视频接口显示器。
9.根据权利要求8所述的车载导航系统，其特征在于该视频接口显示器是一个6.4英寸的视频接口显示器。
10.根据权利要求1所述的车载导航系统，其特征在于该显示器和主机是通过485总线连接的。
11.根据权利要求1或10所述的车载导航系统，其特征在于该显示器还配接触摸屏和遥控接口。
12.根据权利要求11所述的车载导航系统，其特征在于该显示器中包含一个用于将遥控接收信号解码的AD解码器，和一个检测遥控接收信号、并读出解码后的信号X方向和Y方向电压值送往主机的单片机。
13.根据权利要求12所述的车载导航系统，其特征在于该显示器中的单片机是51系列AT2051单片机。
14.根据权利要求11所述的车载导航系统，其特征在于该触摸屏是4线触屏。
15.根据权利要求1所述的车载导航系统，其特征在于该主机中的中央处理单元是32位高速RISC微处理器。
16.根据权利要求15所述的车载导航系统，其特征在于该32位高速RISC微处理器采用的是EP7211。
17.根据权利要求1所述的车载导航系统，其特征在于该中央处理单元配置有16MBDRAM和4MBFLASH ROM存储器。
18.根据权利要求3所述的车载导航系统，其特征在于主机中还包括一个解码器和显示处理器实现CD、VCD或MP3的解码和视频处理。
19.根据权利要求18所述的车载导航系统，其特征在于该解码器采用ESS4108。
20.根据权利要求18所述的车载导航系统，其特征在于该显示处理器采用的是ESS3883。
21.根据权利要求1所述的车载导航系统，其特征在于该GPS模块与中央处理单元是通过串行异步通信口连接的。
专利摘要本实用新型公开了一种车载导航系统,它是为了在行车时显示行车所在的位置和其他地理信息而设计的。它包括一个显示器;一个主机,与显示器连接,它又包括一个用于导航控制的中央处理单元;一个GPS模块,能够接收GPS卫星定位系统提供的汽车方位数据,输出经接口电路连接至中央处理单元;一个电子陀螺仪,能够提供角速度数据与GPS模块进行融合处理;一个存储地图数据的存储设备,输出连至中央处理单元。
文档编号B60P3/32GK2464571SQ00263679
公开日2001年12月12日 申请日期2000年12月4日 优先权日2000年12月4日
发明者陈小平, 颜碧均 申请人:菱科电子技术(中国)有限公司