專利名稱：一種車(chē)載導(dǎo)航指向裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于導(dǎo)航指向技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種組合導(dǎo)航指向系統(tǒng)及方法，尤其是一種采用GNSS數(shù)據(jù)與MEMS三維加速度傳感器、攝像頭采集的圖像場(chǎng)景數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理得到導(dǎo)航指向信息的車(chē)載導(dǎo)航指向裝置及方法。
背景技術(shù)：
GNSS (全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))是利用分布于地球附近軌道的衛(wèi)星星座、地面監(jiān)測(cè)站和用戶接收機(jī)實(shí)現(xiàn)全球?qū)Ш降南到y(tǒng)。目前在用和正在建設(shè)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)包括美國(guó)的GPS(全球定位系統(tǒng))、俄羅斯的GL0NASS (格洛納斯)、中國(guó)的compass (北斗二代)和歐洲的Galileo (伽利略)系統(tǒng)。隨著全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GNSS技術(shù)的發(fā)展，各種導(dǎo)航終端產(chǎn)品走進(jìn)千家萬(wàn)戶的生活，為人們的生活工作提供了極大的便利。GNSS系統(tǒng)通過(guò)接收衛(wèi)星定位信號(hào)，來(lái)確定當(dāng)前設(shè)備位置，當(dāng)GNSS不斷更新當(dāng)前地點(diǎn)信息，每一點(diǎn)的坐標(biāo)和上一點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行比較，就可以得到前進(jìn)的方向。如果衛(wèi)星定位信號(hào)弱或者沒(méi)有時(shí)，如進(jìn)入隧道或進(jìn)入小巷等衛(wèi)星定位信號(hào)接收較差的地區(qū)，設(shè)備將無(wú)法定位。而且GNSS沒(méi)有指北針的功能，當(dāng)裝置原地或GNSS導(dǎo)航誤差范圍內(nèi)行進(jìn)、轉(zhuǎn)向(GNSS判斷靜止?fàn)顟B(tài))時(shí)是不能提供方向、導(dǎo)航信息的。現(xiàn)有技術(shù)大多利用陀螺儀、加速度傳感器來(lái)解決輔助定位導(dǎo)航，其中陀螺儀用來(lái)測(cè)量載體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的旋轉(zhuǎn)角，從而測(cè)量載體的航向，但一般使用的電子陀螺儀有易受電磁干擾的缺點(diǎn)，而機(jī)械陀螺儀則體積大、價(jià)格貴，不易于實(shí)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題和不足，提供一種能在GNSS信號(hào)無(wú)效或車(chē)輛在G NSS導(dǎo)航誤差范圍內(nèi)行進(jìn)、轉(zhuǎn)向時(shí)能有效導(dǎo)航指向的裝置及導(dǎo)航指向方法，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)成熟、穩(wěn)定，在隧道等無(wú)衛(wèi)星信號(hào)或車(chē)輛在GNSS導(dǎo)航誤差范圍內(nèi)行進(jìn)、轉(zhuǎn)向時(shí)，能提供持續(xù)的定位航向信息。為達(dá)到上述目的，解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種車(chē)載導(dǎo)航指向裝置，由GNSS模塊、加速度傳感器模塊、圖像采集模塊、處理模塊、存儲(chǔ)模塊和輸出模塊組成；其中GNSS模塊用于接收GNSS系統(tǒng)的衛(wèi)星信號(hào),處理后輸出位置坐標(biāo)、時(shí)間、速度和航向?qū)Ш街赶蛐畔⒌教幚砟K；加速度傳感器模塊用于采集MEMS三維加速度傳感器的值，并將所采集的MEMS三維加速度傳感器的值輸出到處理模塊；圖像采集模塊用于通過(guò)攝像頭采集的當(dāng)前場(chǎng)景圖像幀輸出到處理模塊；處理模塊用于接收GNSS模塊輸出的導(dǎo)航指向信息、加速度傳感器模塊輸出的MEMS三維加速度傳感器的值和圖像采集模塊輸出的當(dāng)前場(chǎng)景圖像幀，將GNSS模塊輸出的導(dǎo)航指向信息輸入到存儲(chǔ)模塊，并將導(dǎo)航指向信息輸入到輸出模塊；
存儲(chǔ)模塊用于儲(chǔ)存通過(guò)處理模塊接收的GNSS模塊輸出的導(dǎo)航指向信息，包括位置、速度、時(shí)間和航向；輸出模塊用于接收處理模塊輸出的導(dǎo)航指向信息，并在可視化界面顯示。為解決所述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的另一個(gè)技術(shù)方案是一種上述車(chē)載導(dǎo)航指向裝置的導(dǎo)航指向方法，該導(dǎo)航指向方法的具體步驟為(I)處理模塊判 斷GNSS模塊輸出導(dǎo)航指向信息是否有效，若導(dǎo)航指向信息有效，則執(zhí)行步驟(2)，反之，則執(zhí)行步驟(4)；(2)處理模塊根據(jù)GNSS模塊輸出的導(dǎo)航指向信息獲取車(chē)輛的位置坐標(biāo)，如果連續(xù)的位置坐標(biāo)之間的距離小于預(yù)設(shè)的定位誤差容限，則判定車(chē)輛在靜止?fàn)顟B(tài)，執(zhí)行步驟(4)，如果連續(xù)的位置坐標(biāo)之間的距離大于預(yù)設(shè)的定位誤差容限，則判定車(chē)輛在運(yùn)動(dòng)中，執(zhí)行步驟(3)；(3)處理模塊輸出GNSS模塊的導(dǎo)航指向信息到輸出模塊，執(zhí)行步驟(6)；(4)處理模塊根據(jù)圖像采集模塊采集的當(dāng)前場(chǎng)景圖像幀，對(duì)連續(xù)的當(dāng)前場(chǎng)景圖像幀進(jìn)行多區(qū)域的塊匹配，得到不同區(qū)域的局部平移運(yùn)動(dòng)矢量；利用剛性運(yùn)動(dòng)模型，獲得連續(xù)的場(chǎng)景圖像間的旋轉(zhuǎn)角度；再與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊中的歷史導(dǎo)航指向信息中最后有效的航向相累加得出當(dāng)前航向；(5)處理模塊根據(jù)存儲(chǔ)模塊中歷史導(dǎo)航指向信息、推算出的當(dāng)前航向及前進(jìn)方向加速度的值，融合處理得出車(chē)輛導(dǎo)航指向信息，并輸出到輸出模塊；(6)輸出模塊接收導(dǎo)航指向信息，在可視化界面上顯示。上述步驟(2)中預(yù)設(shè)的定位誤差容限為5m。進(jìn)一步，上述步驟(5)中的融合處理包括如下步驟(51)處理模塊從存儲(chǔ)模塊中提取歷史導(dǎo)航指向信息中最后有效的車(chē)輛位置P0(x0, %)，速度Vtl，航向0 0,從加速度傳感器模塊輸出的MEMS三維加速度傳感器的值中提取車(chē)輛前進(jìn)方向加速度；(52)車(chē)輛在t時(shí)刻的更新速度為
權(quán)利要求
1.一種車(chē)載導(dǎo)航指向裝置，由GNSS模塊、加速度傳感器模塊、圖像采集模塊、處理模塊、存儲(chǔ)模塊和輸出模塊組成，其特征是GNSS模塊用于接收GNSS系統(tǒng)的衛(wèi)星信號(hào)，處理后輸出位置坐標(biāo)、時(shí)間、速度和航向?qū)Ш街赶?目息到處理模塊；加速度傳感器模塊用于采集MEMS三維加速度傳感器的值，并將所采集的MEMS三維加速度傳感器的值輸出到處理模塊；圖像采集模塊用于通過(guò)攝像頭采集的當(dāng)前場(chǎng)景圖像幀輸出到處理模塊；處理模塊用于接收GNSS模塊輸出的導(dǎo)航指向信息、加速度傳感器模塊輸出的MEMS三維加速度傳感器的值和圖像采集模塊輸出的當(dāng)前場(chǎng)景圖像幀，將GNSS模塊輸出的導(dǎo)航指向信息輸入到存儲(chǔ)模塊，并將導(dǎo)航指向信息輸入到輸出模塊；存儲(chǔ)模塊用于儲(chǔ)存通過(guò)處理模塊接收的GNSS模塊輸出的導(dǎo)航指向信息，包括位置、速度、時(shí)間和航向；輸出模塊用于接收處理模塊輸出的導(dǎo)航指向信息，并在可視化界面顯示。
2.一種如權(quán)利要求1所述的車(chē)載導(dǎo)航指向裝置的導(dǎo)航指向方法，其特征在于，包括如下步驟(1)處理模塊判斷GNSS模塊輸出導(dǎo)航指向信息是否有效，若導(dǎo)航指向信息有效，則執(zhí)行步驟(2)，反之，則執(zhí)行步驟(4)；(2)處理模塊根據(jù)GNSS模塊輸出的導(dǎo)航指向信息獲取車(chē)輛的位置坐標(biāo)，如果連續(xù)的位置坐標(biāo)之間的距離小于預(yù)設(shè)的定位誤差容限，則判定車(chē)輛在靜止?fàn)顟B(tài)，執(zhí)行步驟(4)，如果連續(xù)的位置坐標(biāo)之間的距離大于預(yù)設(shè)的定位誤差容限，則判定車(chē)輛在運(yùn)動(dòng)中，執(zhí)行步驟(3)；(3)處理模塊輸出GNSS模塊的導(dǎo)航指向信息到輸出模塊，執(zhí)行步驟(6)；(4)處理模塊根據(jù)圖像采集模塊采集的當(dāng)前場(chǎng)景圖像幀，對(duì)連續(xù)的當(dāng)前場(chǎng)景圖像幀進(jìn)行多區(qū)域的塊匹配，得到不同區(qū)域的局部平移運(yùn)動(dòng)矢量；利用剛性運(yùn)動(dòng)模型，獲得連續(xù)的場(chǎng)景圖像間的旋轉(zhuǎn)角度；再與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊中的歷史導(dǎo)航指向信息中最后有效的航向相累加得出當(dāng)前航向；(5)處理模塊根據(jù)存儲(chǔ)模塊中歷史導(dǎo)航指向信息、推算出的當(dāng)前航向及前進(jìn)方向加速度的值，融合處理得出車(chē)輛導(dǎo)航指向信息，并輸出到輸出模塊；(6)輸出模塊接收導(dǎo)航指向信息，在可視化界面上顯示。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)航指向方法，其特征在于所述預(yù)設(shè)的定位誤差容限為5m ο
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種導(dǎo)航指向方法，其特征在于，所述步驟(5)中的融合處理包括如下步驟(51)處理模塊從存儲(chǔ)模塊中提取歷史導(dǎo)航指向信息中最后有效的車(chē)輛位置PtlO^ytl)，速度％，航向θ O，從加速度傳感器模塊輸出的MEMS三維加速度傳感器的值中提取車(chē)輛前進(jìn)方向加速度；(52)車(chē)輛在t時(shí)刻的更新速度為
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種導(dǎo)航指向方法，其特征在于，所述加速度傳感器模塊測(cè)量加速度的時(shí)間間隔為50ms。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種車(chē)載導(dǎo)航指向裝置，由GNSS模塊、加速度傳感器模塊、圖像采集模塊、處理模塊、存儲(chǔ)模塊和輸出模塊組成，GNSS模塊用于接收GNSS系統(tǒng)的衛(wèi)星信號(hào)；加速度傳感器模塊采集MEMS三維加速度傳感器的值；圖像采集模塊通過(guò)攝像頭采集的當(dāng)前場(chǎng)景圖像幀；處理模塊接收GNSS模塊輸出的導(dǎo)航指向信息、加速度傳感器模塊輸出的MEMS三維加速度傳感器的值和圖像采集模塊輸出的當(dāng)前場(chǎng)景圖像幀，并將導(dǎo)航指向信息輸入到輸出模塊。本發(fā)明還涉及一種上述車(chē)載導(dǎo)航指向裝置的導(dǎo)航指向方法。本發(fā)明利用車(chē)輛前進(jìn)方向場(chǎng)景圖像幀，與歷史導(dǎo)航指向信息融合計(jì)算，能在遮蔽嚴(yán)重的復(fù)雜路況情況下提供持續(xù)的定位導(dǎo)航能力。
文檔編號(hào)G01S19/48GK103033836SQ201210552399
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者劉鎮(zhèn), 衛(wèi)林梟, 錢(qián)萍 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)