基于ARM的車載導(dǎo)航系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

　　0 引 言

　　在當(dāng)今社會(huì)，汽車成為城市主要的交通工具之一，也越來(lái)越成為人們生活中不可缺少的一部分。實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車更加準(zhǔn)確的導(dǎo)航和定位，將使外出旅行變得更加快捷方便，同時(shí)對(duì)改善我國(guó)的交通狀況也具有重要意義。

　　目前，國(guó)內(nèi)由于GPS存在著導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)容易受到外部干擾或屏蔽的問(wèn)題。例如，當(dāng)車輛行駛在城市高樓區(qū)、地下隧道內(nèi)、立交橋下時(shí)，由于衛(wèi)星信號(hào)受到遮擋而容易暫時(shí)“丟失”，而使GPS接收機(jī)無(wú)法給出定位解或定位精度很差。DR系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)自主的導(dǎo)航定位，抗干擾性強(qiáng)，但是DR方向傳感器誤差較大，且隨時(shí)間積累，無(wú)法長(zhǎng)期使用。針對(duì)這些情況，本文給出一種利用嵌入式微處理器S3C44B0x開(kāi)發(fā)板作為中央處理單元，利用GPS模塊提供位置數(shù)據(jù)和DR模塊的航位推算，經(jīng)過(guò)聯(lián)合卡爾曼濾波，最終通過(guò)信息融合和地圖匹配，在彩色LCD(LFUBK909A)模塊上顯示出來(lái)。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　1.1 系統(tǒng)硬件組成

　　基于ARM的GPS/DR導(dǎo)航系統(tǒng)原理如圖1所示，系統(tǒng)主要包括ARM微控制器、GPS系統(tǒng)、航位推算(DR)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理單元、顯示LCD單元。其中，DR系統(tǒng)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(shù)，在劇烈沖擊和震動(dòng)條件下仍然能夠保持卓越的性能。里程計(jì)主要由安裝在車輪上的傳動(dòng)拾取裝置和脈沖信號(hào)發(fā)生電路組成，車輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定角度，里程計(jì)就輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，在一定時(shí)間內(nèi)里程計(jì)輸出的脈沖總數(shù)，乘以合適的刻度系數(shù)，就可以得到車輪在這段時(shí)間所滾過(guò)的距離。

　　采用Rockwell公司研制的高性能的Jupiter GPSOEM：接收機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)GPS定位，接收板的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

　　(1)定位精度：定位精度小于15 m(無(wú)SA時(shí));

　　(2)跟蹤能力：同時(shí)跟蹤12顆衛(wèi)星;

　　(3)操作環(huán)境：工作溫度范圍是-40～+85℃;

　　(4)單一+5 V供電，有兩個(gè)半雙工的串口;串口1用于輸出定位結(jié)果和接收對(duì)其進(jìn)行初始化的寫(xiě)入，串口2用于接收差分信息

　　1.2.2 信息融合

　　采用聯(lián)合卡爾曼濾波器進(jìn)行信息融合。它是一個(gè)兩級(jí)數(shù)據(jù)處理過(guò)程，利用信息分配原則來(lái)消除各子系統(tǒng)估計(jì)的相關(guān)性，分配后的信息與局部傳感器信息進(jìn)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(gè)新的全局狀態(tài)估計(jì)，如圖3所示。整個(gè)組合導(dǎo)航系統(tǒng)工作正常時(shí)，DR系統(tǒng)含有三個(gè)濾波器，其中兩個(gè)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(dǎo)航信息;再將DR和GPS的導(dǎo)航信息輸送到主濾波器進(jìn)行最優(yōu)融合產(chǎn)生高精度的導(dǎo)航信息。

　　1.3 LCD子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　車載系統(tǒng)的顯示裝置采用了320×240點(diǎn)陣式5.2英寸彩色液晶顯示屏 (LFUBK909A)，因?yàn)镾3C44B0內(nèi)嵌LCD控制器(支持320×240顯示屏)，無(wú)需外接LCD顯示控制器，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。內(nèi)嵌的LCD控制器采用DMA方式將顯示緩存中的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠縇CD驅(qū)動(dòng)電路，支持單色，4級(jí)灰度和16級(jí)灰度模式以及256級(jí)彩色的LCD。圖4是S3C4480與 LFUBK909A的接口。