[发明专利]一种车载导航指向装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于导航指向技术领域，涉及一种组合导航指向系统及方法，尤其是一种采用GNSS数据与MEMS三维加速度传感器、摄像头采集的图像场景数据进行数据融合处理得到导航指向信息的车载导航指向装置及方法。

背景技术

GNSS（全球导航卫星系统）是利用分布于地球附近轨道的卫星星座、地面监测站和用户接收机实现全球导航的系统。目前在用和正在建设的卫星导航系统包括美国的GPS（全球定位系统）、俄罗斯的GLONASS（格洛纳斯）、中国的COMPASS（北斗二代）和欧洲的Galileo(伽利略)系统。

随着全球卫星定位系统GNSS技术的发展，各种导航终端产品走进千家万户的生活，为人们的生活工作提供了极大的便利。GNSS系统通过接收卫星定位信号，来确定当前设备位置，当GNSS不断更新当前地点信息，每一点的坐标和上一点的坐标进行比较，就可以得到前进的方向。如果卫星定位信号弱或者没有时，如进入隧道或进入小巷等卫星定位信号接收较差的地区，设备将无法定位。而且GNSS没有指北针的功能，当装置原地或GNSS导航误差范围内行进、转向（GNSS判断静止状态）时是不能提供方向、导航信息的。

现有技术大多利用陀螺仪、加速度传感器来解决辅助定位导航，其中陀螺仪用来测量载体运动过程中的旋转角，从而测量载体的航向，但一般使用的电子陀螺仪有易受电磁干扰的缺点，而机械陀螺仪则体积大、价格贵，不易于实用。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的问题和不足，提供一种能在GNSS信号无效或车辆在GNSS导航误差范围内行进、转向时能有效导航指向的装置及导航指向方法，其系统结构成熟、稳定，在隧道等无卫星信号或车辆在GNSS导航误差范围内行进、转向时，能提供持续的定位航向信息。

为达到上述目的，解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种车载导航指向装置，由GNSS模块、加速度传感器模块、图像采集模块、处理模块、存储模块和输出模块组成；其中：

GNSS模块用于接收GNSS系统的卫星信号，处理后输出：位置坐标、时间、速度和航向导航指向信息到处理模块；

加速度传感器模块用于采集MEMS三维加速度传感器的值，并将所采集的MEMS三维加速度传感器的值输出到处理模块；

图像采集模块用于通过摄像头采集的当前场景图像帧输出到处理模块；

处理模块用于接收GNSS模块输出的导航指向信息、加速度传感器模块输出的MEMS三维加速度传感器的值和图像采集模块输出的当前场景图像帧，将GNSS模块输出的导航指向信息输入到存储模块，并将导航指向信息输入到输出模块；

存储模块用于储存通过处理模块接收的GNSS模块输出的导航指向信息，包括位置、速度、时间和航向；

输出模块用于接收处理模块输出的导航指向信息，并在可视化界面显示。

为解决所述技术问题，本发明提供的另一个技术方案是：一种上述车载导航指向装置的导航指向方法，该导航指向方法的具体步骤为：

（1）处理模块判断GNSS模块输出导航指向信息是否有效，若导航指向信息有效，则执行步骤（2），反之，则执行步骤（4）；

（2）处理模块根据GNSS模块输出的导航指向信息获取车辆的位置坐标，如果连续的位置坐标之间的距离小于预设的定位误差容限，则判定车辆在静止状态，执行步骤（4），如果连续的位置坐标之间的距离大于预设的定位误差容限，则判定车辆在运动中，执行步骤（3）；

（3）处理模块输出GNSS模块的导航指向信息到输出模块，执行步骤（6）；

（4）处理模块根据图像采集模块采集的当前场景图像帧，对连续的当前场景图像帧进行多区域的块匹配，得到不同区域的局部平移运动矢量；利用刚性运动模型，获得连续的场景图像间的旋转角度；再与存储在存储模块中的历史导航指向信息中最后有效的航向相累加得出当前航向；

（5）处理模块根据存储模块中历史导航指向信息、推算出的当前航向及前进方向加速度的值，融合处理得出车辆导航指向信息，并输出到输出模块；

（6）输出模块接收导航指向信息，在可视化界面上显示。

上述步骤（2）中预设的定位误差容限为5m。

进一步，上述步骤（5）中的融合处理包括如下步骤：