[发明专利]光电式GPS盲区环境下车辆可持续导航数据采集装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于车辆导航技术领域，尤其涉及一种光电式GPS盲区环境下车辆可持续导航数据采集装置及方法。

背景技术

目前通用车辆导航所需的经纬度、航向角度、速度信息均通过GPS信号处理得到。但是由于实际车辆行驶环境存在地库、隧道、密集楼宇建筑等GPS信号丢失的情况，尤其是某些在隧道中存在分叉道路的情况下，通常的GPS导航不能继续，对驾驶员带来极大不便。

已公开的专利200810095693.1微惯性导航系统及方法，201220150839.X汽车惯性导航系统，201310183675.X一种多功能惯性汽车导航仪均是采用惯性导航的原理进行GPS盲区内车辆运动和位置数据的处理，由于惯性导航元件价格相对较高，需要配备相应的三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴地磁传感器，导致整体系统成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光电式GPS盲区环境下车辆可持续导航数据采集装置及方法，旨在解决现有的车辆普通GPS导航无法实现盲区导航,以及可盲区导航的系统需采用惯导元器件所存在的成本较高问题。

本发明是这样实现的，一种光电式GPS盲区环境下车辆可持续导航数据采集装置，所述光电式GPS盲区环境下车辆可持续导航数据采集装置包括：

成像感光元件，通过透镜连续接收地面信息，将连续变化的地面信息保存为连续的图像并传输给数值信号计算模块；

超声传感器，实时记录透镜到地面的距离信息并传输给数值信号计算模块；

数值信号计算模块，与成像感光元件、超声传感器连接，用于对获取的图像进行分别采样，并计算得出成像模块所在车身独立测量点实际移动的横向、纵向的位移。

进一步，所述成像感光元件的下方设置有透镜，透镜的一侧安装有以设定角度射向地面光源；选用发光二极管或者激光发射器。

进一步，所述光电式GPS盲区环境下车辆可持续导航数据采集装置还包括：

俯仰单轴陀螺仪，与数值信号计算模块连接，用于采集路面坡度近似值，并对车辆实际位移进行修正，以匹配地图信息中经度纬度的平面定位状态；

GPS天线，与数值信号计算模块连接，用于实现车辆GPS定位；

输出接口，与数值信号计算模块连接，将运算得到车辆的车速和航向角度传递给车辆的导航系统。

进一步，所述成像感光元件的工作面、透镜的焦平面及地面依次互相平行，成像感光元件为互补性氧化金属半导体图像传感器CMOS或电荷藕合器件图像传感器CCD。

进一步，所述数值信号计算模块对接收的图像进行采样，在t1时刻，地面信息的特征光斑在成像感光元件的位置，经过一个采样周期T后，特征光斑移动至成像感光元件的另一位置，进而得到特征光斑在成像感光元件的横向位移Δx和纵向位移Δy；同时，在t1时刻，地面信息的特征光斑在地面的位置，经过一个采样周期T后，特征光斑移动至地面的另一位置，特征光斑在地面的横向位移为ΔX和纵向位移为ΔY；进而数值信号计算模块根据比例关系：f/h＝Δx/ΔX＝Δy/ΔY，计算得出特征光斑在地面的横向位移ΔX和纵向位移ΔY，即车辆实际移动的横向、纵向的位移，再通过横向位移及纵向位移的合成，得到车辆的矢量位移，车辆的矢量位移除以采样周期T即得到车辆的速度矢量。

进一步，车辆位移与航向角的具体计算方法：

测量得到V1x,V1y,V2x,V2y，质心到测量点距离为a，质心到另一测量点距离为b；

根据整车动力学，车辆质心处x,y向速度分量为：

V_0x＝V_1x＝V_2x；

V_0y＝(bV_1y+aV_2y)/(a+b)；

质心横摆角速度为：

ω＝(V_1y+V_2y)/(a+b)；

则在车辆经过隧道的ΔT时间内，车辆质心相对于入隧道前的位移为：