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基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統及方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201410138124.6

申請日:

2014.04.08

公開號:

CN103954985A

公開日:

2014.07.30

當前法律狀態:

駁回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的駁回IPC(主分類):G01S 19/48申請公布日:20140730|||實質審查的生效IPC(主分類):G01S 19/48申請日:20140408|||公開
IPC分類號: G01S19/48(2010.01)I; G01C21/26 主分類號: G01S19/48
申請人: 夏鋼
發明人: 夏鋼; 方芳; 周延; 夏澤宇; 陳牧遙
地址: 215011 江蘇省蘇州市高新區何山路時代花園
優先權:
專利代理機構: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224 代理人: 董建林
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410138124.6

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.03.22|||2014.08.27|||2014.07.30

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的駁回|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統,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;同時本發明也公開了該系統的定位方法。本發明通過同步采集GPS、陀螺儀和三軸磁傳感器的輸出數據,根據陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數據計算出組合定位數據,當GPS輸出GPS定位數據時,將GPS定位數據通過顯示終端顯示,當GPS沒有輸出GPS定位數據時,將組合定位數據通過顯示終端顯示,有效的解決了現有車載等移動終端GPS容易受干擾,信號易中斷而無法精確定位的問題。

權利要求書

權利要求書
1.  基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統,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據,并將其發送給微控制器,微控制器根據陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數據計算出組合定位數據,并將計算出的組合定位數據存儲入存儲器,微控制器檢測接收的數據中是否包含GPS輸出的GPS定位數據,如果有則通過無線通信模塊將GPS定位數據顯示在顯示終端上;如果沒有則通過無線通信模塊將組合定位數據顯示在顯示終端上。

2.  根據權利要求1所述的基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統,其特征在于:根據陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數據計算出組合定位數據的過程為,先根據陀螺儀原始數據以及上衣定位點位置數據計算出目前定位點相對于上一定位點的相對位移;然后根據三軸磁傳感器輸出數據據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據。

3.  根據權利要求1所述的基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統,其特征在于:所述電源模塊包括無線電源發射器和無線電源接收器,無線電源發射器將電力轉化為無線電波,無線電源接收器接收無線電波,并將其轉化為電力。

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據;
步驟三,根據陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數據計算出組合定位數據,并將組合定位數據存儲入存儲器;
步驟四,判斷GPS的輸出數據是否為GPS定位數據,如果是則轉至步驟五,如果不是則轉至步驟六;
步驟五,通過無線通信模塊將GPS定位數據顯示在顯示終端上;
步驟六,通過無線通信模塊將組合定位數據顯示在顯示終端上。

5.  根據權利要求4所述的基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統的定位方法,其特征在于:步驟三中,根據陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數據計算出組合定位數據的過程為,先根據陀螺儀原始數據以及上衣定位點位置數據計算出目前定位點相對于上一定位點的相對位移;然后根據三軸磁傳感器輸出數據據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據。

說明書

說明書基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統及方法
技術領域
本發明涉及定位技術,具體涉及基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統及方法。
背景技術
現在的車載等移動終端定位系統主要采用的是GPS,GPS通過接收衛星信號,提取原始測量并解調數據得到當前的位置信息,結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、半開放空間和室內等,信號很容易中斷而無法定位,產生很大應用困擾。
發明內容
本發明提供了基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統及方法,解決了現有車載等移動終端GPS容易受干擾,信號容易中斷,無法定位的問題。
為了解決上述技術問題,本發明所采用的技術方案是:
基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統,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據,并將其發送給微控制器,微控制器根據陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數據計算出組合定位數據,并將計算出的組合定位數據存儲入存儲器,微控制器檢測接收的數據中是否包含GPS輸出的 GPS定位數據,如果有則通過無線通信模塊將GPS定位數據顯示在顯示終端上;如果沒有則通過無線通信模塊將組合定位數據顯示在顯示終端上。
根據陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數據計算出組合定位數據的過程為,先根據陀螺儀原始數據以及上次定位點位置數據計算出目前定位點相對于上一定位點的相對位移;然后根據三軸磁傳感器輸出數據據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據。
所述電源模塊包括無線電源發射器和無線電源接收器,無線電源發射器將電力轉化為無線電波,無線電源接收器接收無線電波,并將其轉化為電力。
基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統的定位方法,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據;
步驟三,根據陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數據計算出組合定位數據,并將組合定位數據存儲入存儲器;
步驟四,判斷GPS的輸出數據是否為GPS定位數據,如果是則轉至步驟五,如果不是則轉至步驟六;
步驟五,通過無線通信模塊將GPS定位數據顯示在顯示終端上;
步驟六,通過無線通信模塊將組合定位數據顯示在顯示終端上。
步驟三中,根據陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數據計算出組合定位數據的過程為,先根據陀螺儀原始數據以及上次定位點位置數據計算出目前定位點相對 于上一定位點的相對位移;然后根據三軸磁傳感器輸出數據據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據。
本發明的有益效果是:1、本發明通過同步采集GPS、陀螺儀和三軸磁傳感器的輸出數據,根據陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數據計算出組合定位數據,當GPS輸出GPS定位數據時,將GPS定位數據通過顯示終端顯示,當GPS沒有輸出GPS定位數據時,將組合定位數據通過顯示終端顯示,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、本發明采用無線傳輸,可以遠距離觀察定位狀況,因此本發明可以應用到別的領域,比如采礦、危險救援等;3、本發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。
附圖說明
圖1為本發明的結構示意圖。
圖2為本發明的流程圖。
圖3為三軸磁傳感器坐標方向圖。
具體實施方式
下面將結合說明書附圖,對本發明作進一步說明。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案,而不能以此來限制本發明的保護范圍。
如圖1所示,基于陀螺儀、GPS和三軸磁傳感器的定位系統,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。
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據,并將其發送給微控制器,微控制器根據陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數據計算出組合定位數據,并將計算出的組合定位數據存儲入存儲器,微控制器檢測接收的數據中是否包含GPS輸出的GPS定位數據,如果有則通過無線通信模塊將GPS定位數據顯示在顯示終端上;如果沒有則通過無線通信模塊將組合定位數據顯示在顯示終端上,電源模塊為各個部件供電,電源模塊包括無線電源發射器和無線電源接收器,無線電源發射器將電力轉化為無線電波,無線電源接收器接收無線電波,并將其轉化為電力。
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的定位方法,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據。
步驟三,根據陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數據計算出組合定位數據,并將組合定位數據存儲入存儲器。
上述根據陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數據計算出組合定位數據的過程為,先根據陀螺儀原始數據以及上衣定位點位置數據計算出目前定位點相對于上一定位點的相對位移;然后根據三軸磁傳感器輸出數據據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 定位點的定位數據。
三軸磁傳感器的方向參考是地磁場,當移動物的指向發生改變時,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,地磁場產生的作用會分配在磁傳感器的三軸上,關系如下
axisX2+axisY2+axisZ2=Cgnd]]>
其中,axisX為地磁場向量在傳感器X軸上的分量;axisY為地磁場向量在傳感器Y軸上的分量;axisZ為地磁場向量在傳感器Z軸上的分量;Cgnd為地磁場向量目前作用于運動控制器件的磁場強度。
axisX、axisY、axisZ是目前地磁場傳感器三軸采集的磁場強度值,數據處理后,可以計算出俯仰角和平面指向角α=arctanaxisYaxisX.]]>
步驟四,判斷GPS的輸出數據是否為GPS定位數據,如果是則轉至步驟五,如果不是則轉至步驟六。
步驟五,通過無線通信模塊將GPS定位數據顯示在顯示終端上。
步驟六,通過無線通信模塊將組合定位數據顯示在顯示終端上。
上述的發明通過同步采集GPS、陀螺儀和三軸磁傳感器的輸出數據,根據陀螺儀和三軸磁傳感器輸出數據計算出組合定位數據,當GPS輸出GPS定位數據時,將GPS定位數據通過顯示終端顯示,當GPS沒有輸出GPS定位數據時,將組合定位數據通過顯示終端顯示,也就是說在有GPS信號時采用GPS信號定 位,沒有GPS信號時則采用組合定位,有效的解決了現有車載等移動終端GPS容易受干擾和信號容易中斷,無法定位的問題;本發明采用無線傳輸,可以應用到別的領域,比如采礦、危險救援等。
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征及優點。本行業的技術人員應該了解,本發明不受上述實施例的限制,上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理,在不脫離本發明精神和范圍的前提下,本發明還會有各種變化和改進,這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。

關 鍵 詞:
基于 陀螺儀 GPS 三軸磁 傳感器 定位 系統 方法
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