本发明专利技术公开了一种光电式GPS盲区环境下车辆可持续导航数据采集装置及方法，包括成像感光元件、超声传感器、数值信号计算模块；将连续变化的地面信息保存为连续的图片；将连续的图片信息前后对比分析处理，得到图片记录的车辆的纵向、横向的位移，同时，根据超声传感记录的距离信息，计算得到车辆实际移动的纵向、横向的位移，进而得到车辆的速度矢量。本发明专利技术通过直接采集地面图像信息，经过数字信号处理得到车辆相对于地面的二维速度信息，可用于车辆平面内运动姿态的多参数测量；通过超声波传感器离地间隙距离h的动态实时修订，可以有效抵消因车辆俯仰、侧倾和垂向运动所带来的车速测量误差。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于车辆导航
，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。
技术介绍
目前通用车辆导航所需的经炜度、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 -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。
技术实现思路
本专利技术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。 本专利技术是这样实现的，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炜度的平面定位状态； 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tl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Ax和纵向位移Ay;同时，在 tl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AX和纵向位移为ΔΥ;进而数值信号计算模块 根据比例关系：；^/11=八1/八乂=八7/八￥，计算得出特征光斑在地面的横向位移八乂和纵 向位移ΔΥ，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Vlx，Vly，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： V0x=Vlx=V2x; V0y= (bV ly+aV2y) / (a+b)； 质心横摆角速度为： ω = (Vly+V2y)/ (a+b)； 则在车辆经过隧道的Δ T时间内，车辆质心相对于入隧道前的位移为： 车辆相对航向角为： 则车辆在驶出隧道时的位移与航向角为： 进一步，所述输出接口采用串行外围设备接口 SPI，输出接口接收数值信号计算模 块的速度矢量，并将该速度矢量传递给车辆的整车控制器。 本专利技术的另一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 集方法，所述光电式GPS盲区环境下车辆可持续导航数据采集方法包括：将车辆直行的方 向为纵向，垂直车辆直行的方向为横向；车辆的光源将地面照亮，将连续变化的地面信息保 存为连续的图片；将连续的图片信息前后对比分析处理，在tl时刻，地面特征光斑的位置， 经过一个采样周期T后，由于车辆相对于地面的运动，地面特征光斑移动至另一位置，即相 对于车辆该光斑产生了 AX的横向位移以及ΔΥ的纵向位移，相应的运动即在tl时刻，地 面特征光斑成像在位置，经过一个采样周期T后，地面特征光斑成像移动至另一位置，即光 斑产生了 Δχ的横向位移以及Ay的纵向位移，测量Δχ、Ay的数值，得到图片记录的车辆 的纵向、横向的位移，同时，根据超声传感记录的距离信息，计算得到车辆实际移动的纵向、 横向的位移，进而得到车辆的速度矢量。 本专利技术提供的光电式GPS盲区环境下车辆可持续导航数据采集装置及方法，将传 统光电式非接触测量的一维速度测量通过数据测量算法，升级到对车辆平面运动的二维速 度测量，对大机动性车辆动力学的研究提供了数据采集便利，通过直接采集地面图像信息， 经过数字信号处理得到车辆相对于地面的二维速度信息，可用于车辆平面内运动姿态的多 参数测量。通过超声波传感器离地间隙距离h的动态实时修订，可以有效抵消因车辆俯仰、 侧倾和垂向运动所带来的车速测量误差。本装置与方法可以在无 GPS环境下进行车辆位置 及速度矢量参数的确定，也可用于有GPS环境下车辆动力学参数的精确测量用于车辆动力 学主动控制系统。【附图说明】 图1是本专利技术实施例提供的光电式GPS盲区环境下车辆可持续导航数据采集装置 结构示意图。 图2是本专利技术实施例提供的数值信号计算模块的数据计算原理示意图。 图3是本专利技术实施例提供的光电式测量模块安装示意图。 图中：1、成像感光元件；2、超声传感器；3、光源；4、俯仰单轴陀螺仪；5、数值信号 计算模块；6、GPS天线；7、输出接口。【具体实施方式】 为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于 限定本专利技术。 下面结合附图对本专利技术的结构作详细的描述。 如图1所示，本专利技术实施例的光电式GPS盲区环境下车辆可持续导航数据采集装 置主要包括：成像感光元件1、超声传感器2、光源3、俯仰单轴陀螺仪4、数值信号计算模块 5、GPS天线6、输出接口 7 ; 成像感光元件1的下方设置有透镜，透镜的一侧安装有光源3,成像感光元件1、超 声传感器2、光源3连接俯仰单轴陀螺仪4和数值信号计算模块5,数值信号计算模块5连 接GPS天线6和输出接口 7。 参见附图1，包括：成像模块、超声传感器、数值信号计算模块及接口模块； 所述成像模块包括：光源3、透镜及成像感光元件1 ;所述光源3以设定角度射向 地面，光源3选用发光二极管或者激光发射器；所述成像感光元件1的工作面、透镜的焦平 面及地面依次互相平行，透镜中心到成像感光元件1工作面的距离为f，成像感光元件1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5,其中，成像感光元件1为互补性氧化金属半导体图像传本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光电式GPS盲区环境下车辆可持续导航数据采集装置，其特征在于，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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐彬，项昌乐，王晓亮，樊伟，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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