一種gps實(shí)時(shí)信號測試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種GPS實(shí)時(shí)信號測試方法，包括：從靜態(tài)測試與動(dòng)態(tài)測試兩個(gè)角度對GPS實(shí)時(shí)信號進(jìn)行測試，獲取測試結(jié)果；確定在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)與在車載狀態(tài)下的不同點(diǎn)，和車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的準(zhǔn)確性。本發(fā)明所述GPS實(shí)時(shí)信號測試方法，可以克服現(xiàn)有技術(shù)中穩(wěn)定性差、維護(hù)難度大和測量精度低等缺陷，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性好、維護(hù)難度小和測量精度高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】 一種GPS實(shí)時(shí)信號測試方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種GPS實(shí)時(shí)信號測試方法。

【背景技術(shù)】
[0003]近年來，隨著全國人均收入的不斷提高，車輛的普及率也在不斷提升，車輛漸漸的成為了人們?nèi)粘Ｉ钪械囊环N必需品。當(dāng)然，作為一種出行常用的交通工具，人們在注重其經(jīng)濟(jì)美觀的同時(shí)，對車輛的安全性、穩(wěn)定性也有了更高的要求，尤其是在事故頻發(fā)的當(dāng)下，人們越來越關(guān)注車輛的安全性能。
[0004]GPS技術(shù)為車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)的測量提供了一種新的方法。車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)對來自太空的GPS衛(wèi)星的實(shí)時(shí)信號進(jìn)行不斷地采集和處理，并以此判斷出車輛當(dāng)前所在的位置。車輛產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)今中國不斷發(fā)展的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一，在人們的日常工作和生活起著日益突出的作用[7]。
[0005]國內(nèi)有人也已經(jīng)開始了利用GPS對車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)開始研究。如張金柱等人開發(fā)的基于GPS的車輛主動(dòng)安全控制系統(tǒng)[16]，在結(jié)合GPS和INS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上已能夠整體的測量車輛的側(cè)傾角等信息。付江華等人也提出了一種利用車載GPS與INS系統(tǒng)相結(jié)合的車輛運(yùn)動(dòng)性能測試方案。以上這些研究大多通過測量定位精度十分高的GPS系統(tǒng)，或者以多個(gè)GPS系統(tǒng)進(jìn)行組合作為研究的硬件基礎(chǔ)，這也導(dǎo)致了整個(gè)系統(tǒng)成本較高，安裝復(fù)雜，并不適用于在普通車輛上大量生產(chǎn)和裝備。
[0006]利用GPS技術(shù)對車輛狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)的研究是一個(gè)新興的研究課題，國外已經(jīng)有不少研究成果，且隨著GPS成本的降低，國外的GPS技術(shù)的研究已經(jīng)從導(dǎo)航、定位、監(jiān)控發(fā)展到了 GPS作為一個(gè)測量核心為車輛自動(dòng)控制系統(tǒng)提供車輛實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而且現(xiàn)在整個(gè)GPS測量系統(tǒng)已經(jīng)用到了輔助駕駛系統(tǒng)和制動(dòng)系統(tǒng)等方面[18-21]。GPS的姿態(tài)測量和控制在國外經(jīng)過多年發(fā)展已經(jīng)比較成熟。國內(nèi)對基于GPS車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)的研究起步較晚，國內(nèi)GPS系統(tǒng)用于車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)還處于初級階段。
[0007]要通過GPS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的檢測，還需要解決諸多的技術(shù)難題。與此同時(shí)在國內(nèi)現(xiàn)階段的研究中使用的硬件主要還是載波相位接收機(jī)。雖然載波相位接收機(jī)能夠較為精確地對物體進(jìn)行定位，但是載波相位接收機(jī)也存在著明前的缺點(diǎn)導(dǎo)致它在商用車輛上很難普及。例如:儀器笨重，現(xiàn)場布置困難，天線復(fù)雜等缺點(diǎn)。但是隨著GPS電子硬件的發(fā)展和相關(guān)技術(shù)的不斷解禁，使普通類型的單天線GPS接收機(jī)通過一些處理也能夠得到亞米級的測量精度，再結(jié)合一些適當(dāng)算法的結(jié)合，有望進(jìn)一步提高GPS的測量精度。
[0008]GPS測量精度的不斷提高為通過GPS測量車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)而進(jìn)行車輛控制提供了可能性。同時(shí)為了解決基于GPS進(jìn)行車輛控制的問題，還必須對GPS系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行估計(jì)與檢測，由此推算出更加全面的車輛動(dòng)態(tài)參數(shù)信息，并對這些參數(shù)進(jìn)行分析與論證，進(jìn)而推算出車輛是否處于穩(wěn)定行駛狀態(tài)，為車輛主動(dòng)安全控制系統(tǒng)提供全面的數(shù)據(jù)支持，可以預(yù)見未來的車載GPS系統(tǒng)將是一個(gè)集定位導(dǎo)航，車輛姿態(tài)管理和穩(wěn)定性分析以及車輛控制的大系統(tǒng)。
[0009]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在穩(wěn)定性差、維護(hù)難度大和測量精度低等缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種GPS實(shí)時(shí)信號測試方法，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性好、維護(hù)難度小和測量精度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種GPS實(shí)時(shí)信號測試方法，包括: 從靜態(tài)測試與動(dòng)態(tài)測試兩個(gè)角度對GPS實(shí)時(shí)信號進(jìn)行測試，獲取測試結(jié)果；
確定在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)與在車載狀態(tài)下的不同點(diǎn)，和車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的準(zhǔn)確性。
[0012]進(jìn)一步地,所述靜態(tài)測試,具體包括:
保存GPS接收的衛(wèi)星信號，不含卡爾曼濾波程序、無數(shù)據(jù)顯示程序，含Trimble公司內(nèi)置算法軟件的GPS系統(tǒng)的GPS信號接收天線并置放于實(shí)驗(yàn)室外進(jìn)行測試。
[0013]進(jìn)一步地,所述動(dòng)態(tài)測試,具體包括:
將兩套GPS系統(tǒng)同時(shí)安裝到車輛上，其兩部GPS接收機(jī)的接收天線并排放置與車頂，試驗(yàn)場地為某大學(xué)內(nèi)一個(gè)口字型水平路段，實(shí)驗(yàn)方案為從初始點(diǎn)車輛由靜態(tài)開始出發(fā)，行駛一圈回到出發(fā)點(diǎn)并靜止。
[0014]本發(fā)明各實(shí)施例的GPS實(shí)時(shí)信號測試方法，由于包括:從靜態(tài)測試與動(dòng)態(tài)測試兩個(gè)角度對GPS實(shí)時(shí)信號進(jìn)行測試，獲取測試結(jié)果；確定在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)與在車載狀態(tài)下的不同點(diǎn)，和車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的準(zhǔn)確性；從而可以克服現(xiàn)有技術(shù)中穩(wěn)定性差、維護(hù)難度大和測量精度低的缺陷，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性好、維護(hù)難度小和測量精度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0015]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。
[0016]下面通過實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【具體實(shí)施方式】
[0017]以下對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，提供了一種GPS實(shí)時(shí)信號測試方法。
[0019]本發(fā)明的技術(shù)方案中，GPS實(shí)時(shí)信號采集與處理系統(tǒng)的測試:
本發(fā)明的技術(shù)方案將主要從靜態(tài)測試與動(dòng)態(tài)測試兩個(gè)角度具體介紹整個(gè)系統(tǒng)的測試，以及測試結(jié)果。以確定整個(gè)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)與在車載狀態(tài)下的不同點(diǎn)，和整個(gè)系統(tǒng)反應(yīng)的車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的準(zhǔn)確性。
[0020]6.1系統(tǒng)的靜態(tài)測試
6.1.1系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室條件下的測試
系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室條件下的測試主要實(shí)在實(shí)驗(yàn)室這種無強(qiáng)烈電器干擾條件下進(jìn)行。測試目的是為了驗(yàn)證整個(gè)軟件系統(tǒng)和硬件運(yùn)行的穩(wěn)定性，以及PC機(jī)從串口接收GPS接收機(jī)信號的準(zhǔn)確性，以及在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下本發(fā)明的技術(shù)方案設(shè)計(jì)的整個(gè)系統(tǒng)與參考系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以對比本系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)是否與參考值相同。
[0021]測試方案:系統(tǒng)I (本設(shè)計(jì)所用系統(tǒng))與系統(tǒng)2 (參考系統(tǒng)，保存GPS接收的衛(wèi)星信號，不含卡爾曼濾波程序、無數(shù)據(jù)顯示程序，含Trimble公司內(nèi)置算法軟件的GPS系統(tǒng))的GPS信號接收天線并置放于實(shí)驗(yàn)室外(以確保理論上兩套系統(tǒng)接收到的數(shù)據(jù)是一樣的)進(jìn)行測試。
[0022]測試結(jié)果:根據(jù)上面所述的測試方案，以及測試過程中采集到的兩組數(shù)據(jù)，本發(fā)明的技術(shù)方案對這兩組GPS數(shù)據(jù)中的速度數(shù)據(jù)進(jìn)行后期的對比處理，系統(tǒng)I采集到的速度減去系統(tǒng)2采集到的速度結(jié)果。
[0023]系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測試
有別于系統(tǒng)的靜態(tài)測試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測試主要是在已啟動(dòng)的車輛上進(jìn)行的測試，測試的主要目的是為了確定GPS接收機(jī)在車載情況下與在實(shí)驗(yàn)室理想情況下相比受到不同干擾的作用下工作的不同情況。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測試主要包括車輛發(fā)動(dòng)機(jī)怠速情況下的測試和運(yùn)動(dòng)中車輛的測試。
[0024]6.2.1系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)中車輛上的測試
系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)中車輛上的進(jìn)行實(shí)時(shí)測試。測試目的是為了確定GPS實(shí)時(shí)信號采集與處理系統(tǒng)反映的車輛實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與測試車輛當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否相符，以及系統(tǒng)I和參考系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)是否相符。
[0025]測試方案:將兩套GPS系統(tǒng)同時(shí)安裝到車輛上，其兩部GPS接收機(jī)的接收天線并排放置與車頂(與靜態(tài)測試硬件放置方法相同)，試驗(yàn)場地為某大學(xué)內(nèi)一個(gè)口字型水平路段，實(shí)驗(yàn)方案為從初始點(diǎn)車輛由靜態(tài)開始出發(fā)，行駛一圈回到出發(fā)點(diǎn)并靜止。
[0026]本發(fā)明的技術(shù)方案采用Trimble公司的GPS接收機(jī)作為系統(tǒng)的信號接收設(shè)備，研究了車載GPS信號的實(shí)時(shí)信號采集與處理系統(tǒng)，通過構(gòu)造實(shí)際的系統(tǒng)和實(shí)車試驗(yàn)來驗(yàn)證理論，提供了一種相對簡單、成本低廉且結(jié)果可靠的實(shí)時(shí)測量車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的方案。同時(shí)本發(fā)明的技術(shù)方案還論述了車載GPS和實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下的GPS在接收數(shù)據(jù)時(shí)受到不同干擾時(shí)運(yùn)行的不同結(jié)果。并通過卡爾曼濾波的方法提高車載GPS提供的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使之能夠?qū)崟r(shí)反映車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。GPS系統(tǒng)因其種種特性，雖已成為一種主流的導(dǎo)航、定位、監(jiān)控手段。但是遠(yuǎn)沒有發(fā)揮出GPS系統(tǒng)強(qiáng)大的作用，GPS系統(tǒng)雖然只提供確定的車輛的實(shí)時(shí)位置，以及車輛的瞬時(shí)速度、航向角等等，但卻可以通過車輛定位參數(shù)(經(jīng)度、緯度、高度等)的分析，進(jìn)一步分析估算得出車輛的加速度、航向角、航向角速度、俯仰角、轉(zhuǎn)彎半徑等一系列參數(shù)，通過這些參數(shù)的估計(jì)，可以估算出車輛的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而推算出車輛當(dāng)前是否處于穩(wěn)定行駛狀態(tài)，是否需要進(jìn)行相應(yīng)的控制以提高車輛的操作性、安全性和舒適性。切實(shí)有效的提高駕駛員對車輛的控制，提高車輛行駛中的安全性減少車輛交通事故。與此同時(shí)GPS設(shè)備現(xiàn)在集成度比較高，模塊化程度高，體積小，安裝方便，并且數(shù)據(jù)傳輸速度快，如果能與車輛控制器部分相結(jié)合，可以有效地提高車輛駕駛的操控性和安全性。
[0027]本發(fā)明的技術(shù)方案針對車載GPS信號的采集與處理進(jìn)行研究，重點(diǎn)通過GPS接收機(jī)硬件的選型和配置、串口實(shí)時(shí)信號的采集、以及相關(guān)Visual C++軟件的編程、GPSNMEA-0183協(xié)議的解析[22]、通過擴(kuò)展卡爾曼濾波算法對相關(guān)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行和結(jié)果分析，進(jìn)而推算出更加全面、準(zhǔn)確的車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，客觀反應(yīng)車輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，以求達(dá)到通過車載GPS系統(tǒng)研究車輛主動(dòng)安全控制的目的。具體包括: ①車載GPS系統(tǒng)定位原理及其誤差來源、車載GPS系統(tǒng)所受到的噪聲干擾種類、與車輛主動(dòng)安全控制相關(guān)的參數(shù)。
[0028]②GPS實(shí)時(shí)信號測試方法的硬件相關(guān)組成。
[0029]③GPS實(shí)時(shí)信號采集與處理及車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)估計(jì)的軟件編程。編程采用Visual C++編程。主要包括通過串口連續(xù)采集GPS接收機(jī)的實(shí)時(shí)信號[23]，并按照GPSNMEA-0183協(xié)議格式將其解析，同時(shí)提取出相關(guān)數(shù)據(jù)，對提取出的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)的預(yù)處理和濾波，并推算出車輛的加速度、航向角、航向角速度等信息。
[0030]④系統(tǒng)的測試。主要包括實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下的靜態(tài)對比測試、實(shí)車發(fā)動(dòng)機(jī)怠速情況下的對比測試、運(yùn)動(dòng)中的實(shí)車動(dòng)態(tài)測試。
[0031]⑤對測試結(jié)果進(jìn)行分析，驗(yàn)證系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定型。
[0032]GPS實(shí)時(shí)信號測試方法硬件構(gòu)成主要GPS信號接收器和信息處理器(PC)組成。其中這里的GPS信號接收器主要由GPS衛(wèi)星廣播電文接收芯片和其外圍電路組成，其中GPS衛(wèi)星廣播電文信號接收芯片采用天寶公司的接收芯片。由該芯片為核心組成的系統(tǒng)能夠自動(dòng)接收GPS文星電文中的全球定位數(shù)據(jù)(GPGGA)、衛(wèi)星PRN數(shù)據(jù)(GPGSA)、衛(wèi)星狀態(tài)信息(GPGSV)、運(yùn)輸定位數(shù)據(jù)(GPRMC)四種GPS數(shù)據(jù)。這四種數(shù)據(jù)按照GPS NMEA-0183協(xié)議進(jìn)行解析能夠得出車輛的相關(guān)運(yùn)動(dòng)參數(shù)(速度、航向、坐標(biāo)、高度)。
[0033]GPS實(shí)時(shí)信號測試方法軟件構(gòu)成主要通過Visual C++軟件編程的方式由串口采集GPS接收機(jī)的實(shí)時(shí)GPS數(shù)據(jù)，對接收到的有效GPS信息按照相關(guān)協(xié)議進(jìn)行解析，對解析出的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和卡爾曼濾波等處理，對處理出的數(shù)據(jù)進(jìn)行推算，得出更加全面的車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，通過車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)估計(jì)出車輛行駛狀態(tài)。
[0034]整個(gè)系統(tǒng)的測試方案包括系統(tǒng)的靜態(tài)測方案試和實(shí)車動(dòng)態(tài)測方案。其中靜態(tài)測試包括車輛啟動(dòng)/未啟動(dòng)對比測試，道路動(dòng)態(tài)測試包括直線勻速/加速/減速測試、上坡/下坡測試、彎道測試。通過測試驗(yàn)證系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)與車輛實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的相符性和系統(tǒng)的可靠性與準(zhǔn)確性。
[0035]最后應(yīng)說明的是:以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種GPS實(shí)時(shí)信號測試方法,其特征在于,包括: 從靜態(tài)測試與動(dòng)態(tài)測試兩個(gè)角度對GPS實(shí)時(shí)信號進(jìn)行測試，獲取測試結(jié)果； 確定在實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)與在車載狀態(tài)下的不同點(diǎn)，和車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的準(zhǔn)確性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS實(shí)時(shí)信號測試方法，其特征在于，所述靜態(tài)測試，具體包括: 保存GPS接收的衛(wèi)星信號，不含卡爾曼濾波程序、無數(shù)據(jù)顯示程序，含Trimble公司內(nèi)置算法軟件的GPS系統(tǒng)的GPS信號接收天線并置放于實(shí)驗(yàn)室外進(jìn)行測試。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GPS實(shí)時(shí)信號測試方法，其特征在于，所述動(dòng)態(tài)測試，具體包括: 將兩套GPS系統(tǒng)同時(shí)安裝到車輛上，其兩部GPS接收機(jī)的接收天線并排放置與車頂，試驗(yàn)場地為某大學(xué)內(nèi)一個(gè)口字型水平路段，實(shí)驗(yàn)方案為從初始點(diǎn)車輛由靜態(tài)開始出發(fā)，行駛一圈回到出發(fā)點(diǎn)并靜止。
【文檔編號】G01S19/01GK104502920SQ201410775266
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月13日
【發(fā)明者】潘盛輝, 郝東亞 申請人:廣西科技大學(xué)