基于陀螺儀、gps和三軸磁傳感器的定位系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統(tǒng)，包括陀螺儀、GPS、三軸磁傳感器、采集電路、微控制器、存儲器，無線通信模塊、顯示終端以及電源模塊；同時本發(fā)明也公開了該系統(tǒng)的定位方法。本發(fā)明通過同步采集GPS、陀螺儀和三軸磁傳感器的輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數(shù)據(jù)計算出組合定位數(shù)據(jù)，當GPS輸出GPS定位數(shù)據(jù)時，將GPS定位數(shù)據(jù)通過顯示終端顯示，當GPS沒有輸出GPS定位數(shù)據(jù)時，將組合定位數(shù)據(jù)通過顯示終端顯示，有效的解決了現(xiàn)有車載等移動終端GPS容易受干擾，信號易中斷而無法精確定位的問題。
【專利說明】基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及定位技術，具體涉及基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)在的車載等移動終端定位系統(tǒng)主要采用的是GPS，GPS通過接收衛(wèi)星信號，提取原始測量并解調(diào)數(shù)據(jù)得到當前的位置信息，結(jié)合電子地圖將位置顯示在顯示終端上，但是GPS很容易受干擾，比如在高架橋梁下、大型建筑物下、半開放空間和室內(nèi)等，信號很容易中斷而無法定位，產(chǎn)生很大應用困擾。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統(tǒng)及方法，解決了現(xiàn)有車載等移動終端GPS容易受干擾，信號容易中斷，無法定位的問題。
[0004]為了解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是:
[0005]基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統(tǒng)，包括陀螺儀、GPS、三軸磁傳感器、采集電路、微控制器、存儲器，無線通信模塊、顯示終端以及電源模塊；所述GPS、陀螺儀、三軸磁傳感器連接采集電路的輸入端，采集電路的輸出端和存儲器的輸入端均與微控制器連接，所述顯示終端通過無線通信模塊與微控制器無線通信連接，所述電源模塊為各個部件供電；所述采集電路同步采集GPS、陀螺儀和三軸磁傳感器的輸出數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送給微控制器，微控制器根據(jù)陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數(shù)據(jù)計算出組合定位數(shù)據(jù)，并將計算出的組合定位數(shù)據(jù)存儲入存儲器，微控制器檢測接收的數(shù)據(jù)中是否包含GPS輸出的GPS定位數(shù)據(jù)，如果有則通過無線通信模塊將GPS定位數(shù)據(jù)顯示在顯示終端上；如果沒有則通過無線通信模塊將組合定位數(shù)據(jù)顯示在顯示終端上。
[0006]根據(jù)陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數(shù)據(jù)計算出組合定位數(shù)據(jù)的過程為，先根據(jù)陀螺儀原始數(shù)據(jù)以及上次定位點位置數(shù)據(jù)計算出目前定位點相對于上一定位點的相對位移；然后根據(jù)三軸磁傳感器輸出數(shù)據(jù)據(jù)算出目前定位點的俯仰角和平面指向角，獲得目前定位點絕對位置的相對位移誤差補償量；最后根據(jù)相對位移誤差補償量補償目前定位點相對于上一定位點的相對位移，獲得目前定位點的定位數(shù)據(jù)。
[0007]所述電源模塊包括無線電源發(fā)射器和無線電源接收器，無線電源發(fā)射器將電力轉(zhuǎn)化為無線電波，無線電源接收器接收無線電波，并將其轉(zhuǎn)化為電力。
[0008]基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統(tǒng)的定位方法，包括以下步驟，
[0009]步驟一，將陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器固定在移動物上，并進行系統(tǒng)初始化；
[0010]步驟二，同步采集GPS、陀螺儀和三軸磁傳感器的輸出數(shù)據(jù)；
[0011]步驟三，根據(jù)陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數(shù)據(jù)計算出組合定位數(shù)據(jù)，并將組合定位數(shù)據(jù)存儲入存儲器；
[0012]步驟四，判斷GPS的輸出數(shù)據(jù)是否為GPS定位數(shù)據(jù)，如果是則轉(zhuǎn)至步驟五，如果不是則轉(zhuǎn)至步驟六；
[0013]步驟五，通過無線通信模塊將GPS定位數(shù)據(jù)顯示在顯示終端上；
[0014]步驟六，通過無線通信模塊將組合定位數(shù)據(jù)顯示在顯示終端上。
[0015]步驟三中，根據(jù)陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數(shù)據(jù)計算出組合定位數(shù)據(jù)的過程為，先根據(jù)陀螺儀原始數(shù)據(jù)以及上次定位點位置數(shù)據(jù)計算出目前定位點相對于上一定位點的相對位移；然后根據(jù)三軸磁傳感器輸出數(shù)據(jù)據(jù)算出目前定位點的俯仰角和平面指向角，獲得目前定位點絕對位置的相對位移誤差補償量；最后根據(jù)相對位移誤差補償量補償目前定位點相對于上一定位點的相對位移，獲得目前定位點的定位數(shù)據(jù)。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:1、本發(fā)明通過同步采集GPS、陀螺儀和三軸磁傳感器的輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數(shù)據(jù)計算出組合定位數(shù)據(jù)，當GPS輸出GPS定位數(shù)據(jù)時，將GPS定位數(shù)據(jù)通過顯示終端顯示，當GPS沒有輸出GPS定位數(shù)據(jù)時，將組合定位數(shù)據(jù)通過顯示終端顯示，也就是說在有GPS信號時采用GPS信號定位，沒有時采用組合定位，有效的解決了現(xiàn)有車載等移動終端GPS容易受干擾，信號容易中斷，無法定位的問題；2、本發(fā)明采用無線傳輸，可以遠距離觀察定位狀況，因此本發(fā)明可以應用到別的領域，比如采礦、危險救援等；3、本發(fā)明的電源模塊可采用無線電力傳輸，進一步加強了遠距離的作業(yè)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的結(jié)構示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明的流程圖。
[0019]圖3為三軸磁傳感器坐標方向圖。
【具體實施方式】
[0020]下面將結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明作進一步說明。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0021]如圖1所示，基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統(tǒng)，包括陀螺儀、GPS、三軸磁傳感器、采集電路、微控制器、存儲器，無線通信模塊、顯示終端以及電源模塊。
[0022]GPS、陀螺儀、三軸磁傳感器連接采集電路的輸入端，采集電路的輸出端和存儲器的輸入端均與微控制器連接，顯示終端通過無線通信模塊與微控制器無線通信連接；采集電路同步采集GPS、陀螺儀和三軸磁傳感器的輸出數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送給微控制器，微控制器根據(jù)陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數(shù)據(jù)計算出組合定位數(shù)據(jù)，并將計算出的組合定位數(shù)據(jù)存儲入存儲器，微控制器檢測接收的數(shù)據(jù)中是否包含GPS輸出的GPS定位數(shù)據(jù)，如果有則通過無線通信模塊將GPS定位數(shù)據(jù)顯示在顯示終端上；如果沒有則通過無線通信模塊將組合定位數(shù)據(jù)顯示在顯示終端上，電源模塊為各個部件供電，電源模塊包括無線電源發(fā)射器和無線電源接收器，無線電源發(fā)射器將電力轉(zhuǎn)化為無線電波，無線電源接收器接收無線電波，并將其轉(zhuǎn)化為電力。
[0023]基于權利要求1所述的基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統(tǒng)的定位方法，包括以下步驟。
[0024]步驟一，將陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器固定在移動物上，并進行系統(tǒng)初始化。
[0025]步驟二，同步采集GPS、陀螺儀和三軸磁傳感器的輸出數(shù)據(jù)。[0026]步驟三，根據(jù)陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數(shù)據(jù)計算出組合定位數(shù)據(jù)，并將組合定位數(shù)據(jù)存儲入存儲器。
[0027]上述根據(jù)陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數(shù)據(jù)計算出組合定位數(shù)據(jù)的過程為，先根據(jù)陀螺儀原始數(shù)據(jù)以及上衣定位點位置數(shù)據(jù)計算出目前定位點相對于上一定位點的相對位移；然后根據(jù)三軸磁傳感器輸出數(shù)據(jù)據(jù)算出目前定位點的俯仰角和平面指向角，獲得目前定位點絕對位置的相對位移誤差補償量；最后根據(jù)相對位移誤差補償量補償目前定位點相對于上一定位點的相對位移，獲得目前定位點的定位數(shù)據(jù)。
[0028]三軸磁傳感器的方向參考是地磁場，當移動物的指向發(fā)生改變時，它會相對于地磁場有一定的變化，如圖3所示，三軸磁傳感器分別指向相互垂直的角度(如圖所示的X軸、Y軸、Z軸)，實際地磁場的指向為圖中標示的“實際地磁場北極方向”，當移動物指向任何方向時，地磁場產(chǎn)生的作用會分配在磁傳感器的三軸上，關系如下
[0029]
【權利要求】
1.基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統(tǒng)，其特征在于:包括陀螺儀、GPS、三軸磁傳感器、采集電路、微控制器、存儲器，無線通信模塊、顯示終端以及電源模塊；所述GPS、陀螺儀、三軸磁傳感器連接采集電路的輸入端，采集電路的輸出端和存儲器的輸入端均與微控制器連接，所述顯示終端通過無線通信模塊與微控制器無線通信連接，所述電源模塊為各個部件供電； 所述采集電路同步采集GPS、陀螺儀和三軸磁傳感器的輸出數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送給微控制器，微控制器根據(jù)陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數(shù)據(jù)計算出組合定位數(shù)據(jù)，并將計算出的組合定位數(shù)據(jù)存儲入存儲器，微控制器檢測接收的數(shù)據(jù)中是否包含GPS輸出的GPS定位數(shù)據(jù)，如果有則通過無線通信模塊將GPS定位數(shù)據(jù)顯示在顯示終端上；如果沒有則通過無線通信模塊將組合定位數(shù)據(jù)顯示在顯示終端上。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統(tǒng)，其特征在于:根據(jù)陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數(shù)據(jù)計算出組合定位數(shù)據(jù)的過程為，先根據(jù)陀螺儀原始數(shù)據(jù)以及上衣定位點位置數(shù)據(jù)計算出目前定位點相對于上一定位點的相對位移；然后根據(jù)三軸磁傳感器輸出數(shù)據(jù)據(jù)算出目前定位點的俯仰角和平面指向角，獲得目前定位點絕對位置的相對位移誤差補償量；最后根據(jù)相對位移誤差補償量補償目前定位點相對于上一定位點的相對位移，獲得目前定位點的定位數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統(tǒng)，其特征在于:所述電源模塊包括無線電源發(fā)射器和無線電源接收器，無線電源發(fā)射器將電力轉(zhuǎn)化為無線電波，無線電源接收器接收無線電波，并將其轉(zhuǎn)化為電力。
4.基于權利要求1所述的基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統(tǒng)的定位方法,其特征在于:包括以下步驟， 步驟一，將陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器固定在移動物上，并進行系統(tǒng)初始化； 步驟二，同步采集GPS、陀螺儀和三軸磁傳感器的輸出數(shù)據(jù)； 步驟三，根據(jù)陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數(shù)據(jù)計算出組合定位數(shù)據(jù)，并將組合定位數(shù)據(jù)存儲入存儲器； 步驟四，判斷GPS的輸出數(shù)據(jù)是否為GPS定位數(shù)據(jù)，如果是則轉(zhuǎn)至步驟五，如果不是則轉(zhuǎn)至步驟六； 步驟五，通過無線通信模塊將GPS定位數(shù)據(jù)顯示在顯示終端上； 步驟六，通過無線通信模塊將組合定位數(shù)據(jù)顯示在顯示終端上。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統(tǒng)的定位方法，其特征在于:步驟三中，根據(jù)陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數(shù)據(jù)計算出組合定位數(shù)據(jù)的過程為，先根據(jù)陀螺儀原始數(shù)據(jù)以及上衣定位點位置數(shù)據(jù)計算出目前定位點相對于上一定位點的相對位移；然后根據(jù)三軸磁傳感器輸出數(shù)據(jù)據(jù)算出目前定位點的俯仰角和平面指向角，獲得目前定位點絕對位置的相對位移誤差補償量；最后根據(jù)相對位移誤差補償量補償目前定位點相對于上一定位點的相對位移，獲得目前定位點的定位數(shù)據(jù)。
【文檔編號】G01S19/48GK103954985SQ201410138124
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權日:2014年4月8日
【發(fā)明者】夏鋼, 方芳, 周延, 夏澤宇, 陳牧遙 申請人:夏鋼