一種室內組合導航仿真驗證系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種室內組合導航仿真驗證系統(tǒng)，適用于室內移動目標的實時導航，并為室內組合導航系統(tǒng)的實際應用性能驗證提供了可能性。
【背景技術】
[0002]在開闊的室外環(huán)境中，全球定位系統(tǒng)GPS提供了非常精確的定位信息，可以方便的為出行的人們進行實時導航。然而由于室內環(huán)境的特殊性，當前一些用于室外定位算法和導航系統(tǒng)很難移植到室內導航的應用中。隨著信息與通信技術的普及，人們對于室內定位信息的需求與日俱增，一些公共場所，像商場、機場、展廳、寫字樓、倉庫、地下停車場、監(jiān)獄、軍事訓練基地等都需要使用準確的定位導航信息。
[0003]近年來，無線定位以其低成本、低功耗和低系統(tǒng)復雜度的特點在短距離定位領域表現出很大的潛力。無線定位在無GPS信號地區(qū)，即所謂的“盲區(qū)”時，如室內、高層建筑密集的市區(qū)、礦井、隧道等環(huán)境下未知節(jié)點定位提供了可能。但是，無線定位只能提供位置和速度信息，不能提供全面的運動信息；而且，無線定位的定位極易受到室內復雜環(huán)境的影響。
[0004]慣性導航具有全自主、運動信息全面、短時、高精度的優(yōu)點，雖然可以實現自主導航，但誤差隨時間積累，長航時運行條件下將導致導航精度嚴重下降。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明為彌補現有技術的不足，提供了一種能夠提供全面的運動信息、受室內環(huán)境影響小、導航精度高的室內組合導航仿真驗證系統(tǒng)，以便驗證無線定位和慣性導航的組合導航系統(tǒng)的實際應用性能。
[0006]本發(fā)明是通過如下技術方案實現的:
整個室內組合導航仿真驗證系統(tǒng)由無線定位模塊裝置、九自由度慣性導航模塊裝置、模擬小車和上位機四部分組成。
[0007]無線定位模塊裝置:包括基站和標簽，在室內適當的位置布設基站，作為參考點用來測定標簽的位置，標簽放置于模擬小車上，與上位機連接通信，當收到上位機的定位命令后會返回標簽與其周圍基站的距離信息；
九自由度慣性導航模塊裝置:放置于模擬小車上，與上位機連接通信，完成對模擬小車東南西北四個方向加速度和模擬小車航向角的測量；
模擬小車:設有無線接收模塊裝置，接受遠程遙控控制，實現前進后退、左轉右轉活動；模擬小車上還放置著上位機，通過標簽和慣性導航模塊裝置實時測得模擬小車的位置坐標、運行速度和運行方向；
以及，上位機:計算并實時顯示模擬小車的位置坐標、運行速度、移動軌跡和小車的運行方向，以指導模擬小車下一時間的運行方向。
[0008](I)無線定位模塊裝置:本模塊裝置分為基站和標簽兩部分，根據實際的應用場景構造一個二維圖，在二維圖中布設基站，基站的位置坐標是已知的，作為參考點用來測定標簽的位置，在室內適當的位置布設基站，根據室內的具體環(huán)境確定布設的地點和數量；標簽放置于模擬小車上，通過USB串口總線與上位機連接，當收到上位機的定位命令后會返回標簽與其周圍基站的距離信息，上位機通過收到的標簽與基站的距離信息計算出標簽在應用場景中的位置坐標。
[0009](2)九自由度慣性導航模塊裝置:本模塊裝置包括三軸陀螺儀傳感器、三軸加速傳感器、三軸磁感應傳感器以及一個數據處理芯片和串行通訊接口。因此可以采集模擬小車的加速度、角速度以及角度的信息。數據處理芯片對傳感器數據進行融合，完成對模擬小車四個方向(東向、南向、西向、北向)加速度和模擬小車航向角的測量，串行通訊接口通過USB串口總線與上位機連接。
[0010](3)模擬小車:模擬小車從下到上共分為三層。第一層為動力模塊裝置，主要包括小車的四個車輪、兩個伺服電機。小車采用兩個驅動輪，兩個從動輪的驅動模式，兩個驅動輪通過履帶分別與兩個伺服電機進行連接，兩個從動輪使用的是萬向輪，通過控制兩個伺服電機的轉動方向和轉速完成小車的前進后退和左轉右轉。第二層為小車的電機控制單元裝置、電源模塊裝置和無線接收模塊裝置，將其集中到控制箱中，電機控制單元裝置使用一塊信捷PLC分別控制兩個伺服電機的驅動器，電源模塊裝置使用兩塊蓄電池進行供電，通過無線接收模塊裝置接受遠程遙控控制，可在遠程對小車的前進后退、左轉右轉進行控制。第二層共同完成小車的基本運動和小車內的動力的提供，并且可以通過電機控制單元裝置對模擬小車的運行速度和路程進行嚴格的監(jiān)控。第三層主要放置著無線定位模塊裝置的標簽、九自由度慣性導航模塊裝置和上位機，標簽和九自由度慣性導航模塊裝置通過USB串口總線與上位機進行連接通信，通過無線定位模塊裝置和慣性導航模塊裝置可以實時的測得模擬小車的位置坐標、運行速度和小車的運行方向。
[0011](4)上位機:無線定位模塊裝置的標簽和九自由度慣性導航模塊裝置通過USB串口總線與上位機進行通信，上位機可實時顯示模擬小車的位置坐標、運行速度、移動軌跡和小車的運行方向。在小車沿著預定的軌跡運行的過程中，上位機計算并顯示模擬小車的導航信息以指導模擬小車下一時間的運行方向。
[0012]無線定位模塊裝置負責測量模擬小車在室內的位置坐標，九自由度慣性導航模塊裝置負責模擬小車四個方向(東向、南向、西向、北向)加速度和模擬小車航向角的測量。上位機通過采集到的數據信息完成對模擬小車導航信息的計算和顯示。在室內適當的位置布設無線定位模塊裝置中的基站，只需保證基站在標簽無線信號覆蓋范圍內。在模擬小車沿著預定的軌跡運行的過程中，通過無線定位模塊裝置和慣性導航模塊裝置可以獲得模擬小車的位置坐標、運行姿態(tài)、運行速度和路程等導航信息，觀察人員就可以根據上位機中的導航信息確定模擬小車下一時間的運行方位。
[0013]本發(fā)明的有益效果是，一方面可以克服慣性導航產生的累計誤差，導航精度高，另一方面可以克服無線定位模塊裝置易受外界環(huán)境干擾的缺點，能夠提供全面的運動信息，并且為室內組合導航系統(tǒng)的實際應用性能驗證提供了可能性。
【附圖說明】
[0014]圖1為模擬小車結構示意圖。圖2為本發(fā)明整體示意圖。
[0015]圖中，I從動輪，2主動輪，3伺服電機，4小車控制箱，5上位機，6無線定位與慣性導航，7履帶。8基站，9室內空間，10遙控小車的人。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造做進一步詳細說明。
[0017]整個室內組合導航仿真驗證系統(tǒng)由無線定位模塊裝置、九自由度慣性導航模塊裝置、模擬小車和上位機四部分組成。
[0018]無線定位模塊裝置:本模塊裝置分為基站8和標簽兩部分，根據實際的應用場景構造一個二維圖，在二維圖中布設基站，基站的位置坐標是已知的，基站作為參考點用來測定標簽的位置，在室內適當的位置布設基站，根據室內的具體環(huán)境確定布設的地點和數量；標簽放置于模擬小車上，通過USB串口總線與上位機連