【技術】基于重力傳感器的車載GPS設備靜態漂移解決方案

在現有的 GPS 定位技術下,由于衛星信號受到大氣電離層變化、云層遮擋、周邊高大建筑物的多徑反射等復雜因素的影響,GPS 定位經常會出現位置漂移現象。即 GPS 接收機解算出來的位置信息,與實際情況存在不同程度的偏差,當偏差超過了精度誤差允許范圍,則認為發生了定位漂移。通常,GPS 接收機在運動情況下,雖然也存在信號不良的情況,但通過 GPS 接收機內部的算法處理,一般仍然可以解算出比較接近實際的結果。當 GPS 接收機處于靜止狀態下,特別是從冷啟動到剛定位且處于靜止狀態下時,漂移會更嚴重。具體表現為,將定位的位置點顯示在電子地圖上,位置飄忽不定,雜亂無章,其誤差可達到幾十甚至幾百米。

一,GPS定位原理

GPS是英文Global Positioning System(全球定位系統)的簡稱?;驹硎菧y量出已知位置的衛星到用戶接收機之間的距離,然后綜合多顆衛星的數據就可知道接收機的具體位置。要達到這一目的,衛星的位置可以根據星載時鐘所記錄的時間在衛星星歷中查出。而用戶到衛星的距離則通過記錄衛星信號傳播到用戶所經歷的時間,再將其乘以光速得到(由于大氣層電離層的干擾,這一距離并不是用戶與衛星之間的真實距離,而是偽距(PR,):當GPS衛星正常工作時,會不斷地用1和0二進制碼元組成的偽隨機碼(簡稱偽碼)發射導航電文。GPS系統使用的偽碼一共有兩種,分別是民用的C/A碼和軍用的P(Y)碼。C/A碼頻率1.023MHz,重復周期一毫秒,碼間距1微秒,相當于300m;P碼頻率10.23MHz,重復周期266.4天,碼間距0.1微秒,相當于30m。而Y碼是在P碼的基礎上形成的,保密性能更佳。導航電文包括衛星星歷、工作狀況、時鐘改正、電離層時延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛星信號中解調制出來,以50b/s調制在載頻上發射的。導航電文每個主幀中包含5個子幀每幀長6s。前三幀各10個字碼;每三十秒重復一次,每小時更新一次。后兩幀共15000b。導航電文中的內容主要有遙測碼、轉換碼、第1、2、3數據塊,其中最重要的則為星歷數據。當用戶接受到導航電文時,提取出衛星時間并將其與自己的時鐘做對比便可得知衛星與用戶的距離,再利用導航電文中的衛星星歷數據推算出衛星發射電文時所處位置。

二,基于ACC信號的GPS靜態漂移處理方法及缺點

目前業內常見的解決 GPS 定位漂移的方法通常根據車輛 ACC 信號或車輛行駛速度判斷是處于停車狀態或行駛狀態;在已判斷車輛處于停車狀態時,設置經度、緯度及里程值為恒定值,速度為零;在已被判斷處于行駛狀態時,設置第一速度閾值與第二速度閾值,若速度降到第一速度閾值之下或速度升到第二速度閾值之上,判定當前處于漂移狀態,放棄當前 GPS 信息上傳。

此方法能有效過濾車載GPS靜態漂移問題,但是有些終端安裝時將 ACC 信號接常電,即一直處于有效狀態,則此方法即失效。還有一些使用電池供電的超長待機定位設備,無法接入ACC線,此方法同樣失效。

三,基于重力傳感器的GPS靜態漂移處理方法原理

全球定位系統(GPS)的出現使我們可以借助此技術獲取設備的位置、速度等信息,對我們的生活非常便利。但是由于GPS存在漂移問題,影響了GPS設備位置、速度等信息的精確獲取。為了解決上述技術問題,如圖1所示,本方案提供一種基于重力傳感器的車載 GPS 設備的漂移處理方法。其步驟為:

1,判斷 GPS 設備當前處于運動狀態還是靜止狀態。

2,若GPS 設備處于靜止狀態,則關閉GPS模塊,不更新位置信息,減少電量損耗。

3,GPS設備處于運動狀態時,則打開GPS模塊,成功獲取到GPS 位置信息(或超時)后上傳。

【技術】基于重力傳感器的車載GPS設備靜態漂移解決方案的圖1

圖1

【技術】基于重力傳感器的車載GPS設備靜態漂移解決方案的圖2

圖2

下面對這些步驟做詳細說明:

如圖2所示,在步驟 1 中,根據是否檢測到所述 GPS 設備的重力傳感器(GSensor)信號來判斷 GPS 設備在當前定位點處于運動狀態還是靜止狀態。更具體地說,是判斷 GSensor 的三個方向加速度變化值的絕對值之和是否超過加速度閾值。

需要說明的是,由于重力傳感器本身也是受環境影響的,所以根據是否檢測到重力傳感器的信號來判斷GPS設備所處狀態時,需要做濾波處理,在需要判斷的時間,連續采集多個樣本點,再求平均值,從而得到一個穩定的重力傳感器的加速度變化值,提高判斷的準確性。如果重力傳感器三個方向加速度變化值的絕對值之和小于加速度閥值,則認為檢測不到重力傳感器的信號,當連續監測不到重力傳感器信號超過1分鐘,則判定設備處于靜止狀態,關閉GPS模塊;如果重力傳感器三個方向加速度變化值的絕對值之和大于等于加速度閥值,則認為檢測到重力傳感器的信號,判定設備處于運動狀態,打開GPS進行定位。

在步驟2中,因為已經處于停車狀態,沒必要繼續獲取GPS位置信息,只需顯示上次位置信息即可。而且如果還繼續打開GPS模塊,很容易損壞汽車電池,在汽車長時間停車的情況下很容易損壞電池。

在步驟3中,有想過做如下處理:如果其在當前定位點的速度小于等于第一速度閾值或者大于等于第二速度閾值。則判定所述 GPS 設備發生速度漂移,放棄其在當前定位點的 GPS 數據上傳。而本方案只對GPS速度做第二速度閾值做限制,第二速度閥值可以設置為 150-200 公里/小時。第一速度閾值之所以不做限制,主要是考慮在到塞車的情況下,汽車在路上行駛速度本來就很慢,甚至為零。而靜態漂移時速度也是有的,根據GPS獲取到的速度做判斷容易造成誤判,從而導致無法上傳汽車位置信息,在汽車軌跡回放時,看到的軌跡容易出現拉線,在客戶體驗上感覺設備定位不準。

總結

本方案能較好的解決靜態漂移問題,相對于在步驟3中使用從GPS中獲取的速度做兩個速度閾值設置的方案會稍微弱點,但是這種方案的優點在于:首先,不會在交通路況不好的時候(車速較慢的情況下)產生誤判;其次,在靜止狀態下關閉GPS模塊,更加省電,從而保護汽車電池不被損壞。

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