專利名稱：輔助車載定位系統(tǒng)及車輛的輔助定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輔助車載定位系統(tǒng)及方法，特別是涉及一種在GPS模塊無法定位時利用多種傳感器輔助定位的輔助車載定位系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
GPS (全球定位系統(tǒng))是一種成熟而廣泛的應(yīng)用。其基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可計算出接收機的精確位置信息。要達到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。但是，在實際使用過程中，GPS有著一定的局限性，如在衛(wèi)星信號微弱，或者由于所處環(huán)境的限制無法獲取足夠的衛(wèi)星信息的情況下，GPS就無法完成定位，即GPS “失鎖”。
倘若能找到一種在GPS無法定位時輔助定位的裝置和方法則能從一定程度上消除GPS “失鎖”帶來的影響。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中在衛(wèi)星信號微弱的環(huán)境下GPS無法定位、用戶無法及時得知車輛位置的缺陷，提供一種當(dāng)GPS失鎖時、采用多種傳感器輔助定位的輔助車載定位系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的:
一種輔助車載定位系統(tǒng)，其包括一 GPS模塊以及一無線通信模塊，該無線通信模塊用于將該GPS模塊得到的經(jīng)緯度信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至一服務(wù)器和/或一移動終端，該輔助車載定位系統(tǒng)設(shè)于一車輛中，其特點在于，該輔助車載定位系統(tǒng)還包括一傳感器子系統(tǒng)，該傳感器子系統(tǒng)包括:
—速度檢測模塊，用于檢測并記錄該車輛的運動速度；
一加速度檢測模塊，用于檢測并記錄該車輛的加速度；
一角度傳感模塊，用于檢測并記錄該車輛的運動方向的變化量；
一磁力感應(yīng)模塊，用于確定地理南北極方向以及該車輛的運動方向；
該無線通信模塊還用于根據(jù)該GPS模塊最后一次定位的經(jīng)緯度信息、該速度檢測模塊、該加速度檢測模塊和該角度傳感模塊的檢測結(jié)果、該車輛的運動方向計算該車輛的推定位置信息。也就是說，通過得知起點的經(jīng)緯度信息(即GPS模塊失鎖前最后一次定位上獲得的位置信息)，結(jié)合車輛的運動狀態(tài)(車輛的運動方向、運動方向的變化量、運動速度、運動速度的變化量(加速度))就能計算出車輛的推定位置信息，檢測車輛運動狀態(tài)的各種傳感器的精確度越高，最后計算的推定位置信息就越接近于車輛的實際位置。
優(yōu)選地，在一時間段內(nèi)，該無線通信模塊還用于判斷該運動方向的變化量是否達到一閾值，若是，該無線通信模塊還用于根據(jù)該時間段的開始時刻的該車輛的運動方向、該時間段內(nèi)該速度檢測模塊、該加速度檢測模塊的檢測結(jié)果按照直線運動計算該車輛的推定位置信息；若否，該無線通信模塊還用于根據(jù)該時間段的結(jié)束時刻的該車輛的運動方向、該時間段內(nèi)該速度檢測模塊、該加速度檢測模塊的檢測結(jié)果按照直線運動計算該車輛的推定位置信息。也就是說，參照微分法，將起始時刻和結(jié)束時刻之間的時間間隔(例如以GPS模塊失鎖的時刻作為起始時刻，以用戶發(fā)出獲得推定位置的指令的時刻作為結(jié)束時刻)分成若干個時間段△〖，將每個時間段At內(nèi)該車輛的運動看成直線運動，從而通過計算該若干個時間段中的每個直線運動獲得結(jié)束時刻該車輛的推定位置信息。當(dāng)然，時間段At分的越多，即At的數(shù)值越小，該閾值設(shè)置得越小，最終的計算結(jié)果越精確。
優(yōu)選地，該磁力感應(yīng)模塊還用于建立一參考坐標系，以及在該GPS模塊無法定位時根據(jù)該車輛的運動方向、該速度檢測模塊、該加速度檢測模塊和該角度傳感模塊的檢測結(jié)果在該參考坐標系中繪制該車輛的運動軌跡。為了獲得更準確的推定位置信息，在計算時還可以結(jié)合該運動軌跡以及該車輛的運動方向、該速度檢測模塊、該加速度檢測模塊和該角度傳感模塊的檢測結(jié)果共同計算得到該推定位置信息。此外，還可以將該運動軌跡顯示給用戶以更直觀地顯示車輛的運動狀態(tài)。該推定位置信息可以是經(jīng)緯度信息。
優(yōu)選地，該輔助車載定位系統(tǒng)還包括一用于檢測該車輛所處海拔高度和/或海拔高度的變化量的高度檢測模塊，該無線通信模塊還用于結(jié)合該高度檢測模塊的檢測結(jié)果計算該車輛的推定位置信息并且得知該車輛的運動狀態(tài)。例如，采用一高度計作為該高度檢測模塊，該高度計用于采集該車輛所處環(huán)境的大氣壓強，以海平面作為參考點，根據(jù)檢測的大氣壓強與高度的關(guān)系計算得到車輛所處位置的精確的海拔高度，同時也能通過一段時間內(nèi)大氣壓強的變化量得知該車輛在垂直于水平面的方向上的運動狀態(tài)，例如車輛正在爬坡等等。顯然，此時該推定位置信息除了二維的經(jīng)緯度信息之外，還包括高度信息。
優(yōu)選地，該傳感器子系統(tǒng)選自以下方案的一種或多種:
方案1:該加速度檢測模塊為一加速度傳感器；
方案2:該角度傳感模塊為一陀螺儀；
方案3:該磁力感應(yīng)模塊為一磁力儀。
優(yōu)選地，該加速度傳感器為二軸加速度傳感器或三軸加速度傳感器；和/或，該陀螺儀為二自由度陀螺儀或三自由度陀螺儀，以三自由度(X軸、Y軸和Z軸)陀螺儀為例，陀螺儀的轉(zhuǎn)子軸(轉(zhuǎn)子軸即陀螺的自轉(zhuǎn)軸)提供慣性空間的給定方向，若開始時轉(zhuǎn)子軸水平放置并與車輛的車體方向一致，則當(dāng)車輛繞該陀螺儀的鉛直軸轉(zhuǎn)向時，陀螺儀通過測量該鉛直軸相對于該轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動，從而能給出車輛轉(zhuǎn)彎的角度和方向指示。
優(yōu)選地，該無線通信模塊還用于將該推定位置信息發(fā)送至該服務(wù)器和/或該移動終端，例如通過移動通信 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送該推定位置信息，這樣用戶可以及時得知車輛的位置以及運動狀態(tài)。
也就是說，輔助車載定位系統(tǒng)在衛(wèi)星信號較強的區(qū)域，可以通過該GPS模塊實現(xiàn)車輛的定位，而當(dāng)該GPS模塊失鎖后，由各種傳感模塊采集并記錄該車輛的運動狀態(tài)信息計算車輛的推定位置信息提供給用戶，使用戶在GPS模塊無法定位的情況下仍然能得知較為準確的車輛位置，起到了輔助定位的作用。
本發(fā)明還提供一種車輛的輔助定位方法，其特點在于，包括以下步驟:
步驟S1、定位該車輛以獲得該車輛所在位置的經(jīng)緯度信息，檢測并記錄該車輛的運動速度、該車輛的加速度、該車輛的運動方向的變化量以及確定地理南北極方向和該車輛的運動方向；
步驟S2、判斷是否能夠成功獲得該經(jīng)緯度信息，若是，再次執(zhí)行步驟S1 ;若否，進入步驟S3 ；
步驟S3、根據(jù)最后一次定位的經(jīng)緯度信息、該車輛的運動速度、該車輛的加速度、該車輛的運動方向的變化量以及該車輛的運動方向計算該車輛的推定位置信息。
優(yōu)選地，步驟S3包括以下步驟:
在一時間段內(nèi)，判斷該運動方向的變化量是否達到一閾值，若是，根據(jù)該時間段的開始時刻的該車輛的運動方向、該時間段內(nèi)該車輛的運動速度、該車輛的加速度按照直線運動計算該車輛的推定位置信息；若否，根據(jù)該時間段的結(jié)束時刻的該車輛的運動方向、該時間段內(nèi)該車輛的運動速度、該車輛的加速度按照直線運動計算該車輛的推定位置信息。也就是說，參照微分法，將起始時刻和結(jié)束時刻之間的時間間隔(例如以GPS模塊失鎖的時刻作為起始時刻，以用戶發(fā)出獲得推定位置的指令的時刻作為結(jié)束時刻)分成若干個時間段At，將每個時間段At內(nèi)該車輛的運動看成直線運動，從而通過計算該若干個時間段中的每個直線運動獲得結(jié)束時刻該車輛的推定位置信息。當(dāng)然，時間段At分的越多，S卩At的數(shù)值越小，該閾值設(shè)置得越小，最終的計算結(jié)果越精確。
優(yōu)選地，步驟S3還包括以下步驟:建立一參考坐標系，并根據(jù)該車輛的運動方向、該車輛的運動速度、該車輛的加速度和該運動方向的變化量在該參考坐標系中繪制該車輛的運動軌跡。為了獲得更準確的推定位置信息，在計算時還可以將該車輛的運動狀態(tài)信息(該車輛的運動方向、該車輛的運動速度、該車輛的加速度和該運動方向的變化量)與該運動軌跡結(jié)合。此外，還可以將該運動軌跡顯示給用戶以更直觀地顯示車輛的運動狀態(tài)。該推定位置信息可以是經(jīng)緯度信息。
優(yōu)選地，步驟S1還包括以下步驟:檢測該車輛所處海拔高度和/或海拔高度的變化量；
步驟S3還包括以下步驟:結(jié)合該海拔高度和/或海拔高度的變化量計算該車輛的推定位置信息。例如，采用一高度計作為該高度檢測模塊，該高度計用于采集該車輛所處環(huán)境的大氣壓強，以海平面作為參考點，根據(jù)檢測的大氣壓強與高度的關(guān)系計算得到車輛所處位置的精確的海拔高度，同時也能通過一段時間內(nèi)大氣壓強的變化量得知該車輛在垂直于水平面的方向上的運動狀態(tài)，例如車輛正在爬坡等等。顯然，此時該推定位置信息除了二維的經(jīng)緯度信息之外，還包括高度信息。
優(yōu)選地，步驟S1中通過如上所述的傳感器子系統(tǒng)檢測并記錄該車輛的加速度、檢測并記錄該車輛的運動方向的變化量以及確定地理南北極方向以及該車輛的運動方向。
更優(yōu)選地，該加速度傳感器為二軸加速度傳感器或三軸加速度傳感器，所檢測的加速度為該加速度傳感器中每個測試軸上的加速度；和/或，該陀螺儀為二自由度陀螺儀或三自由度陀螺儀，以三自由度(X軸、Y軸和Z軸)陀螺儀為例，陀螺儀的轉(zhuǎn)子軸(轉(zhuǎn)子軸即陀螺的自轉(zhuǎn)軸)提供慣性空間的給定方向，若開始時轉(zhuǎn)子軸水平放置并與車輛的車體方向一致，則當(dāng)車輛繞該陀螺儀的鉛直軸轉(zhuǎn)向時，陀螺儀通過測量該鉛直軸相對于該轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)動，從而能給出車輛轉(zhuǎn)彎的角度和方向指示。
優(yōu)選地，步驟S3之后還包括以下步驟:
步驟S4、將該推定位置信息發(fā)送至一服務(wù)器和/或一移動終端，例如通過移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送該推定位置信息，這樣用戶可以及時得知車輛的位置以及運動狀態(tài)。
也就是說，該車輛的輔助定位方法在衛(wèi)星信號較強的區(qū)域，可以通過傳統(tǒng)方式(例如一 GPS模塊)實現(xiàn)車輛的定位，而當(dāng)無法采用傳統(tǒng)定位方式得知車輛的位置信息時(例如該GPS模塊失鎖后)，通過采集并記錄該車輛的運動狀態(tài)信息計算車輛的推定位置信息并提供給用戶，使用戶在傳統(tǒng)定位方式失效的情況下仍然能得知較為準確的車輛位置，起到了輔助定位的作用。
優(yōu)選地，該車輛的輔助定位方法采用上述的輔助車載定位系統(tǒng)實現(xiàn)。
本發(fā)明的積極進步效果在于:通過多種傳感器，及時檢測并記錄車輛的實時運動狀態(tài)，并根據(jù)這些采集的運動狀態(tài)繪制車輛的運動軌跡，當(dāng)GPS模塊失鎖時，根據(jù)上述車輛的運動狀態(tài)結(jié)合GPS模塊最后一次定位上的經(jīng)緯度信息可以推定車輛的當(dāng)前位置，從一定程度上彌補了完全依賴于GPS模塊定位的不足，起到輔助定位的作用。


圖1為本發(fā)明的一實施例的輔助車載定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本發(fā)明的一實施例的車輛的輔助定位方法的流程圖。
圖3為本發(fā)明的一實施例的車輛的運動軌跡示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
參考圖1，介紹本發(fā)明的一實施例的輔助車載定位系統(tǒng)，該輔助車載定位系統(tǒng)包括一 GPS模塊2以及一無線通信模塊1，該無線通信模塊I用于將該GPS模塊2得到的經(jīng)緯度信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至一服務(wù)器和/或一移動終端(圖中未示)，該輔助車載定位系統(tǒng)設(shè)于一車輛中，此外，該輔助車載定位系統(tǒng)還包括一傳感器子系統(tǒng)，該傳感器子系統(tǒng)包括:
一速度檢測模塊3，用于檢測并記錄該車輛的運動速度；
—加速度檢測模塊4，用于檢測并記錄該車輛的加速度；
一角度傳感模塊5，用于檢測并記錄該車輛的運動方向的變化量；
—磁力感應(yīng)模塊6,用于確定地理南北極方向以及該車輛的運動方向；
其中，該速度檢測模塊3、該加速度檢測模塊4、該角度傳感模塊5和該磁力感應(yīng)模塊6通過I2C總線(Inter-1ntegrated Circuit總線,是由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線)接口與該無線通信模塊I完成數(shù)據(jù)傳輸，該無線通信模塊I還用于根據(jù)該GPS模塊2最后一次定位的經(jīng)緯度信息、該速度檢測模塊、該加速度檢測模塊和該角度傳感模塊的檢測結(jié)果、該車輛的運動方向計算該車輛的推定位置信息?？梢钥闯?，當(dāng)GPS模塊2正常工作時，該車輛通過該GPS模塊2定位，并且由該無線通信模塊I將定位結(jié)果發(fā)送至用戶預(yù)設(shè)的服務(wù)器和/或移動終端以使用戶隨時得知車輛的位置。而當(dāng)GPS模塊2無法工作時，則通過上述傳感模塊采集車輛的運動狀態(tài)信息，由該運動狀態(tài)信息結(jié)合該GPS模塊2最后一次定位的經(jīng)緯度信息計算得出車輛的推定位置信息。在本實施例中，該加速度檢測模塊為一加速度傳感器，該角度傳感模塊為一陀螺儀，該磁力感應(yīng)模塊為一磁力儀。這里僅是舉例說明，上述的速度檢測模塊、加速度檢測模塊、角度傳感模塊以及磁力感應(yīng)模塊還可采用其他公知模塊實現(xiàn)。更具體地，本實施例中該加速度傳感器為三軸加速度傳感器，該陀螺儀為三自由度陀螺儀。
由于車輛的實際運動過程可能很復(fù)雜，并且不一定是做直線運動，在某些路況復(fù)雜的路段，車輛的運動狀態(tài)往往很難以單一的直線運動或曲線運動來描述，但是可以考慮微分法的思想，將車輛的整個運動軌跡分割成多個小段，每個小段中車輛是以直線運動的，分割的小段越多，最終得到的計算結(jié)果也就越精確，這樣就能較為準確地推定車輛的位置。具體來說，在一時間段內(nèi)，該無線通信模塊I還用于判斷該運動方向的變化量是否達到一閾值，若是，該無線通信模塊I還用于根據(jù)該時間段的開始時刻的該車輛的運動方向、該時間段內(nèi)該速度檢測模塊3、該加速度檢測模塊4的檢測結(jié)果按照直線運動計算該車輛的推定位置信息；若否，該無線通信模塊I還用于根據(jù)該時間段的結(jié)束時刻的該車輛的運動方向、該時間段內(nèi)該速度檢測模塊3、該加速度檢測模塊4的檢測結(jié)果按照直線運動計算該車輛的推定位置信息。
此外，該磁力感應(yīng)模塊6還用于建立一參考坐標系，以及在該GPS模塊2無法定位時根據(jù)該車輛的運動方向、該速度檢測模塊3、該加速度檢測模塊4和該角度傳感模塊5的檢測結(jié)果在該參考坐標系中繪制該車輛的運動軌跡。
該輔助車載定位系統(tǒng)除了可以根據(jù)車輛在二維平面內(nèi)的運動狀態(tài)計算得到該車輛的推定位置信息以外，還可以獲知該車輛在立體空間的運動狀態(tài)，此時，該輔助車載定位系統(tǒng)還包括一用于檢測該車輛所處海拔高度和/或海拔高度的變化量的高度檢測模塊7，該無線通信模塊I還用于結(jié)合該高度檢測模塊7的檢測結(jié)果計算該車輛的推定位置信息。本實施例中，采用一高度計作為該高度檢測模塊7。通過該高度計對大氣壓強的檢測可以獲得該車輛的高度信息，而通過對大氣壓強的變化量的檢測可以得知車輛在垂直于水平面的方向上的運動狀態(tài)，例如爬坡。
當(dāng)然，在得到該推定位置信息之后，該無線通信模塊I還用于將該推定位置信息通過例如移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至該服務(wù)器和/或該移動終端，這樣即使是在GPS模塊2失鎖的情況下用戶也能及時獲得較為準確的車輛的位置信息。
參考圖2，介紹本發(fā)明的一實施例的車輛的輔助定位方法，包括以下步驟:
步驟S1、定位該車輛以獲得該車輛所在位置的經(jīng)緯度信息，檢測并記錄該車輛的運動速度、該車輛的加速度、該車輛的運動方向的變化量以及確定地理南北極方向和該車輛的運動方向，具體來說，通過一加速度檢測模塊檢測并記錄該車輛的加速度；通過一角度傳感模塊檢測并記錄該車輛的運動方向的變化量；通過一磁力感應(yīng)模塊確定地理南北極方向以及該車輛的運動方向；
步驟S2、判斷是否能夠成功獲得該經(jīng)緯度信息，若是，再次執(zhí)行步驟S1 ;若否，進入步驟S3 ；
步驟S3、根據(jù)最后一次定位的經(jīng)緯度信息、該車輛的運動速度、該車輛的加速度、該車輛的運動方向的變化量以及該車輛的運動方向計算該車輛的推定位置信息。
步驟S4、將該推定位置信息發(fā)送至一服務(wù)器和/或一移動終端。
具體來說，步驟S3包括以下步驟:
在一時間段內(nèi)，判斷該運動方向的變化量是否達到一閾值，若是，根據(jù)該時間段的開始時刻的該車輛的運動方向、該時間段內(nèi)該車輛的運動速度、該車輛的加速度按照直線運動計算該車輛的推定位置信息；若否，根據(jù)該時間段的結(jié)束時刻的該車輛的運動方向、該時間段內(nèi)該車輛的運動速度、該車輛的加速度按照直線運動計算該車輛的推定位置信息。
為了使用戶能夠更直觀地知曉車輛的運動狀態(tài)，步驟S3還包括以下步驟:建立一參考坐標系，并根據(jù)該車輛的運動方向、該車輛的運動速度、該車輛的加速度和該運動方向的變化量在該參考坐標系中繪制該車輛的運動軌跡。
除了能夠得知該車輛在二維平面(例如以經(jīng)緯度信息表示車輛的推定位置信息)內(nèi)的運動狀態(tài)以外，步驟S1還包括以下步驟:檢測該車輛所處海拔高度和/或海拔高度的變化量，例如通過一高度計來檢測海拔高度和/或海拔高度的變化量，高度計所直接檢測是所處環(huán)境的大氣壓強，通過大氣壓強與高度的關(guān)系換算得出車輛所處位置的海拔高度。
此時，步驟S3還包括以下步驟:結(jié)合該海拔高度和/或海拔高度的變化量計算該車輛的推定位置信息。
當(dāng)然，該車輛的輔助定位方法可以采用上述的輔助車載定位系統(tǒng)實現(xiàn)。
下面參考圖3，舉一應(yīng)用實例，更具體地說明本發(fā)明的輔助車載定位系統(tǒng)及車輛的輔助定位方法。其中，陀螺儀采用ST的L3G4200D，加速度傳感器計采用ST的LIS3DH，該磁力儀米用Freescale的MAG3100,該高度計米用Freescale的MPL3115A2。無線通信模塊和GPS模塊采用高通的3G平臺QSC6290。
各個傳感器不斷采集車輛的實時狀態(tài)，通過I2C接口上報給無線通信模塊，由無線通信模塊分析計算車輛的運動狀態(tài)，并結(jié)合GPS定位信息，計算當(dāng)前車輛的位置，發(fā)送到一移動終端上。
圖3所示，S代表車輛，該車輛從起始點a開始運動，O點GPS模塊“失鎖”，b點GPS模塊重新工作。坐標系的建立參考磁力儀標識的南北極，位置O為原點，X軸的刻度代表地理經(jīng)度，Y軸的刻度代表地理緯度，具體刻度在圖3中未示。在位置O之前由GPS模塊定位以得到經(jīng)緯度信息，車輛S的運動軌跡在圖3中用較粗的實體線標識，在O點時由于GPS模塊無法正常工作，車輛S出現(xiàn)位置漂移或進入“失鎖”狀態(tài)，無法得到O點與b點之間的實際運動軌跡，為了說明方便，假設(shè)該車輛S的實際運動軌跡用虛線標識。S點的箭頭方向為車輛S瞬時運動方向，即車體方向。
先考慮O點之前的運動狀態(tài)，可以直接通過速度檢測模塊獲得車輛的實際運動速度并計算運動速度的平均值，又或者利用已知運動軌跡計算出車輛S在O點之前的平均速度。例如，由于車輛S不規(guī)則運動，取該已知的運動軌跡中的一小段，如圖3中位置d和位置e之間，可近似認為是直線運動，可通過已知的由GPS模塊定位的位置信息計算出位置d和位置e之間的實際距離，并且時間差已知，如此可計算出車輛S的運動速度。可以重復(fù)取多段可認為近似直線的運動軌跡，如上述計算出車輛S的運動速度，將所有算得的速度取平均值，則可得出車輛S在較長時間內(nèi)的平均速度V。
接下來，考慮O點之后該車輛S的運動狀態(tài)，該運動狀態(tài)由上述的多種傳感器采集。磁力儀在使用前需經(jīng)過校準，本實施例中使該磁力儀原始位置和車體一致，在車體方向改變時，磁力儀可得出車體運行方向與地理南北極的角度信息，并由此建立起坐標參考系。如圖3，O點后車輛S沿OA方向做近似直線運動，由磁力儀讀出此刻該車輛與X軸的夾角為角度nl，在此運動過程中，由上述步驟得出的V，再由計入儀器誤差Λ V，可以將推算的運動速度計為V土 Λ V，將該推算的運動速度乘以運動時間就能得到實際運動距離，結(jié)合已知O點“失鎖”時的經(jīng)緯度信息，已知了上述條件，可計算出車輛S的實時經(jīng)緯度信息。近似直線運動的判斷依據(jù)由陀螺儀和磁力儀共同提供，在此運動過程中，陀螺儀不斷檢測車輛S與原運動方向OA的偏向(例如以車輛S的運動方向與X軸的夾角來表不運動方向以便于計算運動方向的變化量，從圖3上看，車輛在O點時，車輛S的運動方向為0A，直線OA與X軸的夾角為nl)，例如設(shè)置一角度的變化量的閾值，將該閾值設(shè)置為10°，當(dāng)車輛S在某點的運動方向與X軸的夾角大于(nl+10)°時，可認為車輛S不再做近似直線運動，此時需要根據(jù)新的運動方向來計算車輛的運動狀態(tài)。如圖3，在運動到臨界位置f時，車輛S的運動方向為直線fB，此時直線fB與X軸的夾角為n2，而n2-nl = 15°大于上述閾值，也就是說，在O點與f點之間，以實時采集的車輛的運動狀態(tài)并按照直線運動計算車輛的推定位置信息，而f點以后則需要按照車輛S的實時運動方向按照上述原理進行下一步推算，直到下一個臨界位置點。
簡而言之，就是以直線運動模擬車輛的運動軌跡，較為便利的是，將O點和b點之間的時間段分割為數(shù)個相同的時間段At，將每個時間段中的運動視作直線運動來推算車輛的位置信息。
除了平面運動之外，為了得到立體空間信息，可以通過高度計采集所處環(huán)境的大氣壓強，以海平面作為參考點，計算得到實際的海拔高度。可用來判斷車輛S所處位置的實時海拔高度和路況信息。
綜上可得到車輛S的經(jīng)緯度和高度的立體空間信息。
本發(fā)明的輔助車載定位系統(tǒng)及車輛的輔助定位方法通過一種簡單實用的計算方法綜合判斷傳感器所采集的車輛狀態(tài)信息從而實現(xiàn)誤差較小的定位，具有較好的應(yīng)用方向和意義。
雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式
，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說明，本發(fā)明的保護范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背離本發(fā)明的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種輔助車載定位系統(tǒng)，其包括一 GPS模塊以及一無線通信模塊，該無線通信模塊用于將該GPS模塊得到的經(jīng)緯度信息通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至一服務(wù)器和/或一移動終端，該輔助車載定位系統(tǒng)設(shè)于一車輛中，其特征在于，該輔助車載定位系統(tǒng)還包括一傳感器子系統(tǒng)，該傳感器子系統(tǒng)包括: 一速度檢測模塊，用于檢測并記錄該車輛的運動速度； 一加速度檢測模塊，用于檢測并記錄該車輛的加速度； 一角度傳感模塊，用于檢測并記錄該車輛的運動方向的變化量； 一磁力感應(yīng)模塊，用于確定地理南北極方向以及該車輛的運動方向； 該無線通信模塊還用于根據(jù)該GPS模塊最后一次定位的經(jīng)緯度信息、該速度檢測模塊、該加速度檢測模塊和該角度傳感模塊的檢測結(jié)果、該車輛的運動方向計算該車輛的推定位置信息。
2.如權(quán)利要求1所述的輔助車載定位系統(tǒng)，其特征在于，在一時間段內(nèi)，該無線通信模塊還用于判斷該運動方向的變化量是否達到一閾值，若是，該無線通信模塊還用于根據(jù)該時間段的開始時刻的該車輛的運動方向、該時間段內(nèi)該速度檢測模塊、該加速度檢測模塊的檢測結(jié)果按照直線運動計算該車輛的推定位置信息；若否，該無線通信模塊還用于根據(jù)該時間段的結(jié)束時刻的該車輛的運動方向、該時間段內(nèi)該速度檢測模塊、該加速度檢測模塊的檢測結(jié)果按照直線運動計算該車輛的推定位置信息。
3.如權(quán)利要求1所述的輔助車載定位系統(tǒng)，其特征在于，該磁力感應(yīng)模塊還用于建立一參考坐標系，以及在該GPS模塊無法定位時根據(jù)該車輛的運動方向、該速度檢測模塊、該加速度檢測模塊和該角度傳感模塊的檢測結(jié)果在該參考坐標系中繪制該車輛的運動軌跡。
4.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的輔助車載定位系統(tǒng)，其特征在于，該輔助車載定位系統(tǒng)還包括一用于檢測該車輛所處海拔高度和/或海拔高度的變化量的高度檢測模塊，該無線通信模塊還用于結(jié)合該高度檢測模塊的檢測結(jié)果計算該車輛的推定位置信息。
5.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的輔助車載定位系統(tǒng)，其特征在于，該傳感器子系統(tǒng)選自以下方案的一種或多種: 方案1:該加速度檢測模塊為一加速度傳感器； 方案2:該角度傳感模塊為 一陀螺儀； 方案3:該磁力感應(yīng)模塊為一磁力儀。
6.如權(quán)利要求5所述的輔助車載定位系統(tǒng)，其特征在于，該加速度傳感器為二軸加速度傳感器或三軸加速度傳感器；和/或，該陀螺儀為二自由度陀螺儀或三自由度陀螺儀。
7.如權(quán)利要求1-3中任意一項所述的輔助車載定位系統(tǒng)，其特征在于，該無線通信模塊還用于將該推定位置信息發(fā)送至該服務(wù)器和/或該移動終端。
8.—種車輛的輔助定位方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟S1、定位該車輛以獲得該車輛所在位置的經(jīng)緯度信息，檢測并記錄該車輛的運動速度、該車輛的加速度、該車輛的運動方向的變化量以及確定地理南北極方向和該車輛的運動方向； 步驟S2、判斷是否能夠成功獲得該經(jīng)緯度信息，若是，再次執(zhí)行步驟S1 ;若否，進入步驟S3; 步驟S3、根據(jù)最后一次定位的經(jīng)緯度信息、該車輛的運動速度、該車輛的加速度、該車輛的運動方向的變化量以及該車輛的運動方向計算該車輛的推定位置信息。
9.如權(quán)利要求8所述的車輛的輔助定位方法，其特征在于，步驟S3包括以下步驟: 在一時間段內(nèi)，判斷該運動方向的變化量是否達到一閾值，若是，根據(jù)該時間段的開始時刻的該車輛的運動方向、該時間段內(nèi)該車輛的運動速度、該車輛的加速度按照直線運動計算該車輛的推定位置信息；若否，根據(jù)該時間段的結(jié)束時刻的該車輛的運動方向、該時間段內(nèi)該車輛的運動速度、該車輛的加速度按照直線運動計算該車輛的推定位置信息。
10.如權(quán)利要求8所述的車輛的輔助定位方法，其特征在于，步驟S3還包括以下步驟:建立一參考坐標系，并根據(jù)該車輛的運動方向、該車輛的運動速度、該車輛的加速度和該運動方向的變化量在該參考坐標系中繪制該車輛的運動軌跡。
11.如權(quán)利要求8-10中任意一項所述的車輛的輔助定位方法，其特征在于，步驟S1還包括以下步驟:檢測該車輛所處海拔高度和/或海拔高度的變化量； 步驟S3還包括以下步驟:結(jié)合該海拔高度和/或海拔高度的變化量計算該車輛的推定位置信息。
12.如權(quán)利要求8-10中任意一項所述的車輛的輔助定位方法，其特征在于，步驟S1中通過如權(quán)利要求1-6中任意一項所述的傳感器子系統(tǒng)檢測并記錄該車輛的加速度、檢測并記錄該車輛的運動方向的變化量以及確定地理南北極方向以及該車輛的運動方向。
13.如權(quán)利要求8-10中任意一項所述的車輛的輔助定位方法，其特征在于，步驟S3之后還包括以下步驟: 步驟S4、將該推定位置 信息發(fā)送至一服務(wù)器和/或一移動終端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輔助車載定位系統(tǒng)包括速度檢測模塊，用于檢測并記錄該車輛的運動速度；加速度檢測模塊，用于檢測并記錄該車輛的加速度；角度傳感模塊，用于檢測并記錄該車輛的運動方向的變化量；磁力感應(yīng)模塊，用于確定地理南北極方向以及該車輛的運動方向；該無線通信模塊還用于計算該車輛的推定位置信息。本發(fā)明還公開了一種車輛的輔助定位方法。通過多種傳感器及時檢測并記錄車輛的實時運動狀態(tài)，當(dāng)GPS模塊失鎖時，根據(jù)車輛的運動狀態(tài)結(jié)合最后一次定位上的經(jīng)緯度信息可以推定車輛的當(dāng)前位置，從一定程度上彌補了完全依賴于GPS模塊定位的不足，起到輔助定位的作用。
文檔編號G01C21/26GK103162689SQ20111042642
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者肖楊楊 申請人:希姆通信息技術(shù)(上海)有限公司