多种传感器提供GPS导航应用中的盲区补偿

2014-03-31 13:23 来源:电子信息网 作者:蒲公英

GPS导航应用中的盲区补偿主要就是在GPS信号不好的时候为系统提供如下参考信息作为补偿:方向、(到达兴趣点的)距离、高度。方向主要由电子罗盘、陀螺仪等传感器提供,距离则由加速度传感器提供、当然有些应该当中也经常使用电子罗盘或陀螺仪来推算距离,高度则一般由气压传感器来测量。

在使用了盲区补偿传感器的GPS导航系统,如果没有丢失GPS信号,可以使用GPS卫星进行导航,如果丢失了GPS信号,则使用辅助传感器进行补偿,推算出行进的距离及方向。因为需要在目的地之间标记出路线图,因此在只有GPS的系统中,当没有卫星信号时,就需要辅助传感器推算标记路线。

电子罗盘提供的是静态绝对方向信息,而陀螺提供的是汽车转向的瞬间角速度变化信息。当汽车行驶在磁场干扰大的地方,这时电子罗盘的偏差就会相对很大,而陀螺仪提供的转向信息就成为判断方向的主要依赖。陀螺仪在使用中,还存在累计误差和漂移,功耗大的问题,而且由于陀螺提供的只是瞬间转向信息,既然是转向角度,那么就需要参照基准方向,才知道转过了多少角度,这时指南针提供的绝对方向就成为陀螺的参照方向。可见,陀螺和电子罗盘是相互补偿的,两个一起使用能达到更好的效果。但是出于成本考虑,如果只能选一种,那么宁愿选择电子罗盘,因为电子罗盘所起的作用更大。

陀螺在使用的过程中还存在一个问题,那便是要得到准确的瞬间水平转向信息,陀螺就必须保持轴线总是垂直于水平面。如果陀螺安装不垂直或者因为车体转弯倾斜,就会导致轴线不垂直于水平面,Yaw陀螺测出来就是一个斜面上的Yaw 转向信息,导致导航误差。这时候,加速度传感器的倾角分量又可以为Yaw 陀螺进行倾斜补偿。或者增加一个横滚陀螺,当然也可以直接使用双轴陀螺。

加速度在GPS导航补偿系统中主要是计算行进距离,通过加速度传感器输出的加速度值通过积分计算出速度,通过速度的积分再得到距离,从而推算物体的即时位置,从而实现GPS卫星信号丢失的补偿作用。

高度计在GPS导航中可实现提高导航的精度,这就是高程盲区补偿,通常GPS提供x,y,z,heading,Time 信息, x,y 即经纬度,z就是高度。通常,GPS输出的这5个信息的信号准确度是同步的,如果高度不准,那么其他信息都可能不准,反之亦然。于是,BMP085气压传感器经常被用来做参照系,判断GPS的信息是否准确,剔除不准确的GPS信号点,从而提供GPS导航的精度,同时改善目前GPS不能识别桥上桥下的问题。 当然这里的气压传感器经常是在GPS信号正常时使用,在丢失信号时是无法使用的。它只能知道他的高度而不能推算出位置。

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