GPSDRSDMAP汽车定位导航系统

北京航空航天大学学报GPS/DRS/DMAP汽车定位导航系统高鹏富立范跃（北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院）型航迹推算系统及其工作原理，在此基础上设计了多级滤波组合方式GPS（GlobalPositioningSystem）/DRS（DeadReckoningSystem）汽车定位导航系统，并通过地图匹配进！步提高定位精度，同时利用GSM（GlobalSystemforMobilecommunications）进行定位数据的无线传输。跑车。

的设计方案。CPU-1完成DRS传感器信号米集以及简单的数据预处理工作；CPU-2完成GPS数据接收、无线通讯控制和组合滤波计算并将组合滤波后的定位数据传送到主机中（笔记本电脑）进行地图匹配。对各种信号进行采集时，需要进行光电隔离、差分放大、限幅、电平转换等预处理工作。

磁罗盘调速率陀螺押电M程仪路GPS接收机1.2无线通讯在车辆监控调度系统中，监控调度中心需要及时掌握车辆的位置、状态（如报警、故障、到达等）信息，并下发相应的调度命令。本汽车定位导航系统中设计了无线通讯模块以完成车辆与中心之间的双向无线数据传输。在现有可以利用的无线通讯网中，GSM网具有覆盖范围广、可靠性高、无须用户维护等优点。本系统就采用了GSM网，利用其短消息服务完成数据的双向无线传输。

1.3时序编排系统采用滤波组合方式，要求DRS和GPS的输出信息必须是同一时刻的输出。否则会造成卡尔曼滤波器的输出结果发散，使系统性能下降。

考虑到接收机每一秒钟输出一次GPS信息，因此利用GPS接收机输出信息来实现双CPU之间的时间同步。实现同步的同时，2个CPU在软件程序中合理安排各自的时序，保证了各种信号的采集、彼此之间数据交换、滤波计算以及无线通讯的顺利完成。

在汽车定位导航系统中，DRS和GPS通常有2种基本的组合方式：切换方式和滤波方式。切换方式工作简单、计算量小，易于工程实现，但没有充分利用GPS信号校正测量元件的误差，使得DRS能够保证一定精度的时间很短。

本系统采用多级滤波组合方式，首先对磁罗盘与速率陀螺信息采用补偿滤波，然后对GPS和DRS输出信息进行综合卡尔曼滤波。GPS信号质量较好时，用GPS和DRS的位置、速度等信息的差值做为测量值，经过综合卡尔曼滤波，估计出DRS的误差并进行校正。GPS信号质量不好时，转入DRS单独工作方式。由于测量元件的误差经过滤波校正，因此单独使用DRS时可以在较长的时间内保持一定的精度，使系统整体精度得到较大的提高。

多级滤波组合方式结构示意图如所示。

-，T为滤波器的时间常数。

2.2测量元件误差模型bookmark4为了估计并校正测量元件误差，需要建立适当的测量元件模型。下面分别给出了速率陀螺、磁罗盘和里程仪的误差模型。

2.21速率陀螺的误差模型速率陀螺测量的是载体的角速度，其输出是与载体角运动成正比的电压信号想刻度因子；为速率陀螺刻度因子误差；为载体角速率；Vm为零转速标称电压；AV为速率陀螺零偏电压；Z为测量噪声。速率陀螺的误差源主要有2个：刻度因子误差和陀螺零偏。通常设定这2项误差是一阶马尔柯夫过程5‘。

磁罗盘多级滤波组合方式结构2.1速率陀螺、磁罗盘补偿滤波bookmark5为达到降低硬件成本、提高精度的目的，本系统采用对磁罗盘与速率陀螺进行补偿滤波的信息融合方式4.一方面，磁罗盘的绝对航向可以为速率陀螺提供初值，并抑制其航向误差的积累；另一方面，利用速率陀螺相对航向短时间精度高的特点，可以降低外界磁场干扰对磁罗盘测量的影响。

若磁罗盘和速率陀螺的航向测量值分别为9，a由补偿滤波法估计的航向角x表示为声。

2.22磁罗盘误差模型在磁罗盘的测量误差中，除外界磁场异常的干扰外，还包括载体本身硬铁效应和软铁效应引起的误差5.这部分误差可以表示为A9体本身所引起的磁罗盘测量误差中的大部分可以通过转动载体的方法得到消除。残余部分的模型一般表示为512.23里程仪误差模型车轮每转动一周，里程仪输出一个脉冲信号。

单位时间内，通过积累里程仪输出脉冲数N可获得载体前进的距离D和行驶速度v为nD=（St+AS）N有关；AS是里程仪刻度系数误差，与车速、胎压及摩擦等因素有关。刻度系数误差是里程仪测量载体速度的主要误差源，一般假设其模型为82.3综合卡尔曼滤波器设计综合卡尔曼滤波器是滤波组合方式的关键，将式（8）和式（9）进行一阶泰勒展开，取DRS的误差为综合卡尔曼滤波器的状态。取DRS的经在地球表面，由DRS确定的载体运动可以描述为GPS信号质量较好时，可以利用GPS信号估计并补偿磁罗盘测量值中的低频干扰。这时候采用补偿方法进行磁罗盘和速率陀螺测量值融合是可行的。由DRS确定的载体航向式⑴为