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基于GPS和加速度感应器的组合车辆定位系统研究郭玉珂（洛阳理工学院，洛阳471023）摘要：GPS位置信号的获取是城市智能交通系统中的一个基础问题，为解决城市中由于建筑物遮挡或信号反射造成GPS信号误差大或根本无法获取GPS信号的问题，设计一种基于GPS接收设备和采用加速度感应器进行航位推导的组合车辆定位系统。关键词：GPS；加速度感应器；车辆定位引言GPS设备以其价格便宜、好时为车辆提供绝对坐标，具有误差不随时间累计和0良好的低频响应等特征，在GPS设备无法获取信号或定位准确等特点在交通定位误差大的区域由DR技术短时推算车辆位置信息可弥补“城市峡谷”造成的定位信号中断，结合GPS和DR技术构建组合车辆定位系统来获取连续和可靠的位置信息，系统原理如图1所示。工具的导航定位系统中得到了广泛的应用。但是，为了保证GPS设备能够良好定位，至少需要有四颗卫星位于视距范围内，在城市环境中，高架桥、隧道、立交桥等会引起天空的可见视野被阻挡，使得车辆在这些卫星盲区内无法通过GPS获得定位信息。另外，城市内高大建筑物会反射GPS信号，导致严重的多径效应，造成车辆定位位置出现严重偏差。因此，结合车辆的运行特点，使用传统GPS设备，并结合加速度感应器构建一个组合系统来完成车辆在城市盲区定位具有重要研究意义。GPS和航位推算高精度、高稳定性的GPS定位信号是车载导航和定位系统所需要的基础信息，也是解决智能城市交通网络的基础，为了解决城市环境中因为遮挡、信号反射等因素造成的GPS信号盲区和对定位精度的不利影响，一系列的GPS定位增强技术得到了深入研究。航位推算（DeadKeckoning，DR）是基于相对位置的修正方法，即利用已知起点的坐标和车辆的行驶速度、加速度和行驶方向等运动参数来推算其位置，具有短时定位的优点。组合GPS和DR技术，在GPS信号良1图1车辆组合定位系统原理图组合定位系统设计22.1GPS信号处理市场上主流GPS模块可以以5Hz的频率获取车辆的经纬度、海拔高度、速度和时间等信息，对于这些采集到的原始数据通过GPS信号处理来修正由于多路效应带来的误差，解决方法主要采用后处理的方法，即，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，开发案例利用GPS接收机记录的有用信息从原始观测数据中去除或减少多路径效应的影响。算法原理是采集到的GPS数据是在一定范围内设第一点A的经纬度为(LonA，LatA)，第二点B的经纬度为(LonB，LatB)，按照0度经线的基准，根据三角推导，可以得到计算B点经纬度的公式，如下所示：LonB=LonA+90×SLon÷4Pi2÷RLatB=LatA+90×SLat÷4Pi2÷R其中：SLon为车辆在经度方向上的位移，向西为正；SLat为车辆在纬度方向上的位移，向北为正。围绕真值分布，因此可以认为与真实值之间的距离处在一定误差范围内的是有效数据。当测量n有限，假设xi为采集到的每一个GPS点与该数据列算数中心点之间的距离，X为正常误差范围的最佳估计值，按照最小二乘法原理，如果采集到的GPS数据都是处在正常误差范围内，则要求偏差的平方和最小，用极值法可求得。所以测量数据的算术平均值为真值的最佳估计值，即采集到的各GPS点与算术中心点的距离的算术平均值为误差范围内的最佳估计值。GPS设备在正常工作中还不可避免地存在着一些异常误差，会给测量结果带来很大的影响，大大降低定位数据的可靠性，因此必须首先对待测数据进行粗差剔除，采用的算法可以使用莱茵达准则法（3σ准则），即首先计算测量数据列的算术平均值L（算数中心点）代替真值，之后计算标准差σ，如果|Li-L|3σ，则判定Li为粗差，这个数据不予采用。2.3系统集成硬件系统采用市场常见的通用模块组合而成，主要包括：（1）主控模块主控模块是车辆定位系统的核心控制部件，考虑到要求外接设备多、系统运行稳定、综合功耗低和运算速度快，选用集成stm32f103VET6芯片的最小系统板，该芯片主频72MHz，可完成单周期乘法和硬件出发运算，有112个通用I/O口，可满足系统硬件需求。（2）GPS模块GPS模块的基本结构是天线单元和接收单元，其中，天线单元负责捕获、跟踪卫星，接收放大GPS信号；接受单元的主要作用是接受GPS信号，还原出GPS卫星发送的导航电文。根据以上要求选用集成瑞士U-bloxNEO-6M芯片的ATK-NEO-6M-V2.3模块，该模块自带陶瓷卫星接收天线，实现程序控制。（3）加速度感应器模块并可通过串口非常方便地加速度感应器的主要作用在GPS无法获取稳定、准确的信号时提供车辆加速度信息，短时计算车辆位图2GPS误差识别修正算法移，为主控模块进行DR推导提供数据，根据需求选用GY-521MPU-6050三轴加速度、陀螺仪模块，该模块采用IIC通信方式，可以