基于ARM的車載導航系統的研究與設計

在當今社會，汽車成為城市主要的交通工具之一，也越來越成為人們生活中不可缺少的一部分。實現對汽車更加準確的導航和定位，將使外出旅行變得更加快捷方便，同時對改善我國的交通狀況也具有重要意義。

目前，國內由于GPS存在著導航衛星信號容易受到外部干擾或屏蔽的問題。例如，當車輛行駛在城市高樓區、地下隧道內、立交橋下時，由于衛星信號受到遮擋而容易暫時“丟失”，而使GPS接收機無法給出定位解或定位精度很差。DR系統可以實現連續自主的導航定位，抗干擾性強，但是DR方向傳感器誤差較大，且隨時間積累，無法長期使用。針對這些情況，本文給出一種利用嵌入式微處理器S3C44B0x開發板作為中央處理單元，利用GPS模塊提供位置數據和DR模塊的航位推算，經過聯合卡爾曼濾波，最終通過信息融合和地圖匹配，在彩色LCD(LFUBK909A)模塊上顯示出來。

1 系統硬件設計

1．1 系統硬件組成

基于ARM的GPS／DR導航系統原理如圖1所示，系統主要包括ARM微控制器、GPS系統、航位推算(DR)系統、數據處理單元、顯示LCD單元。其中，DR系統所用的主要硬件包括航向傳感器以及距離(速率)傳感器。



因此，選用CRS03角速度陀螺儀提供角速度，它使用硅性MEMS技術，在劇烈沖擊和震動條件下仍然能夠保持卓越的性能。里程計主要由安裝在車輪上的傳動拾取裝置和脈沖信號發生電路組成，車輪每轉動一個固定角度，里程計就輸出一個脈沖信號，在一定時間內里程計輸出的脈沖總數，乘以合適的刻度系數，就可以得到車輪在這段時間所滾過的距離。



采用Rockwell公司研制的高性能的Jupiter GPSOEM：接收機來實現GPS定位，接收板的主要技術指標如下：

(1)定位精度：定位精度小于15 m(無SA時)；
(2)跟蹤能力：同時跟蹤12顆衛星；
(3)操作環境：工作溫度范圍是-40～+85℃；
(4)單一+5 V供電，有兩個半雙工的串口；串口1用于輸出定位結果和接收對其進行初始化的寫入，串口2用于接收差分信息

1．2．2 信息融合



采用聯合卡爾曼濾波器進行信息融合。它是一個兩級數據處理過程，利用信息分配原則來消除各子系統估計的相關性，分配后的信息與局部傳感器信息進行融合，完成局部傳感器的信息更新，更新后的局部信息融合成一個新的全局狀態估計，如圖3所示。整個組合導航系統工作正常時，DR系統含有三個濾波器，其中兩個分別處理位移信息和航向信息，局部濾波器處理航位推算的導航信息；再將DR和GPS的導航信息輸送到主濾波器進行最優融合產生高精度的導航信息。

1．3 LCD子系統設計

車載系統的顯示裝置采用了320×240點陣式5．2英寸彩色液晶顯示屏 (LFUBK909A)，因為S3C44B0內嵌LCD控制器(支持320×240顯示屏)，無需外接LCD顯示控制器，簡化了設計。內嵌的LCD控制器采用DMA方式將顯示緩存中的圖像數據傳輸到外部LCD驅動電路，支持單色，4級灰度和16級灰度模式以及256級彩色的LCD。圖4是S3C4480與 LFUBK909A的接口。

?2 軟件設計

該導航系統的軟件開發是在ADS 1．2開發環境下完成的。軟件主要采用C語言編寫，在整體編譯調試通過和運行正常后，使用ADS 1．2開發環境中的片上調試功能，將源程序燒錄到FLASH，這樣將JTAG和電源斷開重新上電后，程序就可以脫機運行了。圖5是主線程的軟件流程圖。



將GPs接收機的輸出信息與DR系統所得的距離變化量d和航向角θ信息傳送到嵌入式S3C4480中，首先利用相應的軟件進行兩套數據的時空同步，然后利用卡爾曼濾波器進行組合處理。有關校正計算，可以在計算機上實現，無需反饋回子系統。組合處理GPS和DR數據，可以實時進行，也可以測量后實施。圖6是聯合卡爾曼濾波器的軟件流程圖。



3 結 語

基于ARM7采用GPS／DR組合導航系統來克服單獨采用GPS信號易丟失和航位推算DR的缺點，通過數據濾波處理和信息融合算法，使得定位誤差遠遠小于單獨GPS系統，同時也彌補了DR系統誤差發散的特點，最終在彩色LCD(LFUBK909A)上顯示出來。實驗結果證明了該組合是行之有效的。