摘要：近幾年隨著車聯(lián)網(wǎng)不斷快速發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)作為物聯(lián)網(wǎng)的一個重要應(yīng)用方向。車載導(dǎo)航定位系統(tǒng)是整個車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心。全球定位系統(tǒng)（GPS，Global Positioning System）和捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（SINS，Strap-down Inertial Navigation System）是車輛導(dǎo)航定位領(lǐng)域的兩大技術(shù)。本文應(yīng)用的車聯(lián)網(wǎng)GPS/SINS組合定位方法可實時顯示車輛的姿態(tài)信息，解決了在城市高樓、隧道等地方短時間衛(wèi)星無法定位的問題，具有定位精度提高，抗干擾能力增強等優(yōu)點，在實際生活中具有比較高的價值。

關(guān)鍵詞：車聯(lián)網(wǎng)；GPS；SINS；組合定位算法

1引言

GPS導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)備具有價格便宜、定位準確等特點在交通工具的導(dǎo)航定位系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，為了保證GPS設(shè)備能夠良好定位，至少需要有四顆衛(wèi)星位于視距范圍內(nèi)，在城市環(huán)境中，一些高大建筑物會引起天空的可見視野被阻擋，使得車輛在這些衛(wèi)星盲區(qū)內(nèi)無法通過GPS獲得準確的定位信息。另外，城市內(nèi)高大建筑物會反射GPS信號，導(dǎo)致嚴重的多徑效應(yīng)，造成車輛定位時位置信息出現(xiàn)比較嚴重的偏差問題。SINS與GPS相比，SINS定位導(dǎo)航技術(shù)因為不需要依賴任何的外界信息，可以完整并且連續(xù)地提供導(dǎo)航信息，具有較強抗干擾能力的優(yōu)點，但加速度計和陀螺儀漂移產(chǎn)生的誤差會隨著時間的推移而増加，因此無法長時間達到定位導(dǎo)航需求。基于以上的原因，我們提出在車聯(lián)網(wǎng)定位導(dǎo)航系統(tǒng)中應(yīng)用GPS/SINS組合定位方法，最終給出在實際道路使用條件下具有較高的定位精度、抗干擾能力及穩(wěn)定性的車聯(lián)網(wǎng)GPS/SINS組合定位應(yīng)用技術(shù)。因此，通過結(jié)合車輛的運行特點，運用組合系統(tǒng)完成系統(tǒng)定位解決城區(qū)盲區(qū)問題，在現(xiàn)實生活中具有重大意義。

2 GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

GPS起始于1958年美國軍方的一個項目，1964年投入使用。20世紀70年代，美國陸?？杖娐?lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS 。主要目的是為陸海空三大領(lǐng)域提供實時、全天候和全球性導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報搜集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。GPS系統(tǒng)擁有如下多種優(yōu)點：使用低頻訊號，縱使天候不佳仍能保持相當(dāng)?shù)挠嵦柎┩感?；全球覆蓋（高達98%）；具有高精度；快速、省時、高效率；應(yīng)用廣泛、多功能；可移動定位等多特點；不同于雙星定位系統(tǒng)，使用過程中接收機不需要發(fā)出任何信號增加了隱蔽性，提高了其軍事應(yīng)用效能。

3 捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)

捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是把慣性儀表直接固連在載體上，用計算機來完成導(dǎo)航平臺功能的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。慣性測量單元測量的值經(jīng)過計算機解算，在導(dǎo)航信息顯示裝置中顯示出來。它將加速度計和陀螺儀直接安置在機動載體上，一般至少需要安裝三個加速度計和三個單自由度陀螺，它們的敏感軸互相垂直，組成王維坐標系。載體三個軸的角速度就可通過三個陀螺敏感出來，獲取角速度之后可在計算機中實時計算姿態(tài)矩陣。然后通過姿態(tài)矩陣把三個加速度計測得的載體沿機體坐標軸向的加速度信息變換到導(dǎo)航坐標系，再進行導(dǎo)航計算。同時，可從姿態(tài)矩陣中提取姿態(tài)和航向信息。顯示的信息包括速度、方向角、位置等。微慣性測量單元測得的值都是載體坐標系下的物理量。

4 GPS與SINS組合模式研究

4.1 車聯(lián)網(wǎng)GPS與SINS組合定位系統(tǒng)設(shè)計

GPS/SINS組合定位系統(tǒng)主要包括中央處理器、GPS接收模塊、加速度傳感器、陀螺儀傳感器單元等。通過加速度傳感器和陀螺儀傳感器實時對車輛的速度、位移和航向進行信息收集，把數(shù)據(jù)傳送給中央處理器進行解算處理之后得到具體數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)車輛的位置信息。組合定位系統(tǒng)設(shè)計中利用偽距、偽距率的信息進行組合，具體方法是利用GPS的信息和SINS系統(tǒng)的速度、位置信息計算相對應(yīng)的偽距和偽距率，再與GPS接收機的偽距、偽距率的差作為量測值，使用卡爾曼濾波器得到SINS和GPS誤差狀態(tài)的最優(yōu)估計，再組合系統(tǒng)的輸出進行校正。緊組合除了具有松組合的特點外，因為減少了GPS接收機的相應(yīng)速度、位置解算帶來的誤差使系統(tǒng)可獲得較髙的導(dǎo)航精度，但是系統(tǒng)的設(shè)計也更為復(fù)雜，原理圖如圖1所示。

由此可知，因此組合定位系統(tǒng)的可靠性和正確性比單獨使用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)或者捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)更加可靠和準確。因此我們在實際應(yīng)用中便提出了把GPS和SINS組合導(dǎo)航一體機的方案。

4.2車聯(lián)網(wǎng)GPS/SINS組合系統(tǒng)仿真

根據(jù)GPS/SINS組合導(dǎo)航系統(tǒng)進行仿真，并通過MATLAB仿真比較本文提出的GPS/SINS組合定位與GPS獨立定位的位置誤差。仿真結(jié)果如圖2所示，藍色實線表示本文提出的GPS/SINS組合定位，黑色虛線表示GPS獨立定位。

通過對比實驗可清楚看到采用普通 GPS 定位設(shè)備時，在社區(qū)小道上由于距離建筑近，GPS 獨立定位誤差相對要大，采用 GPS/SINS組合系統(tǒng)組合車輛定位系統(tǒng)可以得到誤差相對于GPS獨立定位要小。仿真結(jié)果表明SINS/VSSA是定位精度比較高的車輛自主定位系統(tǒng)，適用于無GPS信號的盲區(qū)定位。然后在前文基礎(chǔ)上，將GPS與SINS/ 系統(tǒng)組合，從而可以實現(xiàn)車輛行駛過程中的完整定位。并且GPS與SINS系統(tǒng)組合可以相互補償，相互促進，提高定位系統(tǒng)的抗干擾能力與定位精度，仿真結(jié)果表明此方法具有一定的可行性。

5 結(jié)語

如何能夠?qū)崿F(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)中車輛盲區(qū)的精確自主定位，擴展車輛定位導(dǎo)航的應(yīng)用范圍成為車聯(lián)網(wǎng)研究中的核心研究問題，本文通過使用車聯(lián)網(wǎng)GPS與SINS組合定位系統(tǒng)進行航向推導(dǎo)，改進了普通車輛 GPS 定位系統(tǒng)， 解決了城市中由于建筑物遮擋和信號反射造成的定位不準確或無法連續(xù)定位的問題，經(jīng)實驗驗證具有一定的實用價值。

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基金項目：江西省教育廳科技項目GJJ151150， 江西科技學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目Cx38。