[發(fā)明專利]光電式GPS盲區(qū)環(huán)境下車輛可持續(xù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510615467.1
• 申請(qǐng)日: 2015-09-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105137468A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐彬;項(xiàng)昌樂(lè);王曉亮;樊偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S19/49
• 分類號(hào): G01S19/49;G01C21/16
• 代理公司: 北京科億知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于車輛導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光電式GPS盲區(qū)環(huán)境下車輛可持續(xù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集裝置及方法。

背景技術(shù)

目前通用車輛導(dǎo)航所需的經(jīng)緯度、航向角度、速度信息均通過(guò)GPS信號(hào)處理得到。但是由于實(shí)際車輛行駛環(huán)境存在地庫(kù)、隧道、密集樓宇建筑等GPS信號(hào)丟失的情況，尤其是某些在隧道中存在分叉道路的情況下，通常的GPS導(dǎo)航不能繼續(xù)，對(duì)駕駛員帶來(lái)極大不便。

已公開(kāi)的專利200810095693.1微慣性導(dǎo)航系統(tǒng)及方法，201220150839.X汽車慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，201310183675.X一種多功能慣性汽車導(dǎo)航儀均是采用慣性導(dǎo)航的原理進(jìn)行GPS盲區(qū)內(nèi)車輛運(yùn)動(dòng)和位置數(shù)據(jù)的處理，由于慣性導(dǎo)航元件價(jià)格相對(duì)較高，需要配備相應(yīng)的三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)、三軸地磁傳感器，導(dǎo)致整體系統(tǒng)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種光電式GPS盲區(qū)環(huán)境下車輛可持續(xù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集裝置及方法，旨在解決現(xiàn)有的車輛普通GPS導(dǎo)航無(wú)法實(shí)現(xiàn)盲區(qū)導(dǎo)航,以及可盲區(qū)導(dǎo)航的系統(tǒng)需采用慣導(dǎo)元器件所存在的成本較高問(wèn)題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種光電式GPS盲區(qū)環(huán)境下車輛可持續(xù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集裝置，所述光電式GPS盲區(qū)環(huán)境下車輛可持續(xù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集裝置包括：

成像感光元件，通過(guò)透鏡連續(xù)接收地面信息，將連續(xù)變化的地面信息保存為連續(xù)的圖像并傳輸給數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊；

超聲傳感器，實(shí)時(shí)記錄透鏡到地面的距離信息并傳輸給數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊；

數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊，與成像感光元件、超聲傳感器連接，用于對(duì)獲取的圖像進(jìn)行分別采樣，并計(jì)算得出成像模塊所在車身獨(dú)立測(cè)量點(diǎn)實(shí)際移動(dòng)的橫向、縱向的位移。

進(jìn)一步，所述成像感光元件的下方設(shè)置有透鏡，透鏡的一側(cè)安裝有以設(shè)定角度射向地面光源；選用發(fā)光二極管或者激光發(fā)射器。

進(jìn)一步，所述光電式GPS盲區(qū)環(huán)境下車輛可持續(xù)導(dǎo)航數(shù)據(jù)采集裝置還包括：

俯仰單軸陀螺儀，與數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊連接，用于采集路面坡度近似值，并對(duì)車輛實(shí)際位移進(jìn)行修正，以匹配地圖信息中經(jīng)度緯度的平面定位狀態(tài)；

GPS天線，與數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊連接，用于實(shí)現(xiàn)車輛GPS定位；

輸出接口，與數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊連接，將運(yùn)算得到車輛的車速和航向角度傳遞給車輛的導(dǎo)航系統(tǒng)。

進(jìn)一步，所述成像感光元件的工作面、透鏡的焦平面及地面依次互相平行，成像感光元件為互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體圖像傳感器CMOS或電荷藕合器件圖像傳感器CCD。

進(jìn)一步，所述數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊對(duì)接收的圖像進(jìn)行采樣，在t1時(shí)刻，地面信息的特征光斑在成像感光元件的位置，經(jīng)過(guò)一個(gè)采樣周期T后，特征光斑移動(dòng)至成像感光元件的另一位置，進(jìn)而得到特征光斑在成像感光元件的橫向位移Δx和縱向位移Δy；同時(shí)，在t1時(shí)刻，地面信息的特征光斑在地面的位置，經(jīng)過(guò)一個(gè)采樣周期T后，特征光斑移動(dòng)至地面的另一位置，特征光斑在地面的橫向位移為ΔX和縱向位移為ΔY；進(jìn)而數(shù)值信號(hào)計(jì)算模塊根據(jù)比例關(guān)系：f/h＝Δx/ΔX＝Δy/ΔY，計(jì)算得出特征光斑在地面的橫向位移ΔX和縱向位移ΔY，即車輛實(shí)際移動(dòng)的橫向、縱向的位移，再通過(guò)橫向位移及縱向位移的合成，得到車輛的矢量位移，車輛的矢量位移除以采樣周期T即得到車輛的速度矢量。

進(jìn)一步，車輛位移與航向角的具體計(jì)算方法：

測(cè)量得到V1x,V1y,V2x,V2y，質(zhì)心到測(cè)量點(diǎn)距離為a，質(zhì)心到另一測(cè)量點(diǎn)距離為b；

根據(jù)整車動(dòng)力學(xué)，車輛質(zhì)心處x,y向速度分量為：

V_0x＝V_1x＝V_2x；

V_0y＝(bV_1y+aV_2y)/(a+b)；

質(zhì)心橫擺角速度為：

ω＝(V_1y+V_2y)/(a+b)；

則在車輛經(jīng)過(guò)隧道的ΔT時(shí)間內(nèi)，車輛質(zhì)心相對(duì)于入隧道前的位移為：