TWI250303B - Integrated location system and method of vehicle - Google Patents

Description

1250303 政、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種整合定位系統與方法， 關於-種無須使用昂貴陀螺儀之整合定位系統與方法別是有 【先前技術】 導航系統除了可指引船隻與飛機之航行 指引陸地上車子之行走方向。導航必須先確定载具°的;亦可 速度與方向，然後依著地圖的指示，維持行進方、、立置、 地。因此，載具之定位是導航系統最基本的需心到達目的 定位：星定位系統與慣性定位系統是载具經常使用之 ^糸、、先。/、中，衛星定位系統係藉由接收多顆 信號，而計曾屮恭且p古 钉生之微波 而提供載具之定位參考。衛星定位系統 二貝枓，進 對定位精確度的控制(目前約…公尺)?：：=方 水準’故為-般戶外運動體所廣泛使用之定 =用的 衛星定位系統因為各項因素之故，會有丢星不能：位… 所計算出之相關資料產生誤差而須加以;T位、：及 知是利用慣性宗仞έ+ 又止之問題。一般習 的定位方法之：進行補救。慣性定位系統是最古老 去之一，此慣性定位系統裝置有慣性 如加速度計、陀蟫儀弋 、里/則早兀，例 的慣性定位最常用之感測器。目前較常見 、位糸、、先都是以陀螺儀為主。惟陀螺傜 貴、損壞率較高。故以陀螺儀作為慣性定位二杜昂 濟效益。 饿作為〖“生疋位兀件’實不符經 l25〇3〇3 衛星定位系統與慣性定位系統之定位裝置各有優缺 點’且彼此具有互補性。衛星定位系統之定位性能穩定且精 確’但定位計算的演算較為費時，致使一般每秒僅能更新幾 一欠而已、價格貴、耗電約10〜50微安、供電起始後約有一 分鐘的時間定位失效、衛星訊號易受遮蔽而導致定位失效等 缺點。至於慣性定位系統則具有一開始就能定位、短時間的 疋位準確、無訊號遮蔽效應、若僅採用加速度計則系統簡單 耗電少、價格低廉（約僅有衛星定位系統的五分一）。但慣性 疋位系統最大的缺點是定位有累積誤差，須要經常在固定點 修正定位精確度，且易受載具之震動影響慣性量測等。 述觀之，在定位性能上沒有一種定位系統是完美 =。右能整合上述兩種定位系統，則可獲得較為完善的定位 凌置，但卻會增加系統之成本與耗電量。 【發明内容】 人^發明之目的就是在提供一種無陀螺儀之GPS圖整 陀S’因其1NS模組僅使用加速度計，而無須使用昂 、本發明之另此’可大轉低㈣胸整合定位之成本。 另一目的是在提供一種盔陀蜾 整合定位系统，可简„敫人 u“累儀之GPs/ms 使每秒定奸出^ ⑽和以位計算’並可 疋位輪出報告增加到超過十次。豆中— 報告之次數孫％ 4 /、 ’母秒定位輸出 係取決於微處理機之運算速度， 兀微處理機約可古十管 牛例而言，八位 法定位時°因此，可於⑽無 用1NS來加以彌補並提供定位輪出。 1250303 本發明之又一目的是在提供一種無陀螺儀之gps/ins 整合定位方法，其係藉由GPS提供載具之初始的位置、速 度大小及方向，以供INS下一時刻（例如每〇 ·丨秒）之定位輸 出。另一方面，當GPS再次定位後，則會校正INS之定位 輸出，使INS不會有過久的累積誤差。因此，使得INS能 夠彌補GPS定位輸出的不連續性。 根據本發明之上述目的，提出一種無陀螺儀之Gps/iNs 整合定位系統，適用定位一載具，且此無陀螺儀之Gps/iNs 整合定位系統至少包括：一微控制器，此微控制器至少包括 二類比/數位（A/D)接腳以及一 RX接腳；一衛星定位系統， 此衛星定位系統與上述之微控制器之RX接腳連接，藉以透 過上述之RX接腳將載具之全球定位資料傳送至微控制 器；以及一慣性定位系統，此慣性定位系統具有雙軸加速器 而適用以測量載具之二軸加速度資料，其中此雙軸加速器與 上述之類比/數位接腳連接，以分別透過這些類比/數位接腳 而將載具之軸加速度資料傳送至微控制器。 依…、本發明一較佳實施例，全球定位資料之輸出週期為 1秒’而慣性定位資料之輸出週期為秒。 人根據本發明之目的，提出一種無陀螺儀之GPS/INS整 口定位方法’適用定位一載具，且此無陀螺儀之gps/ins 一 方去至少包括：啟動一 GPS/INS整合模組，其中 PS/INS整合模組至少包括一微控制器、一衛星定位系 統以及-丨曾A / v 、 疋位糸統，$己錄此載具之加速度資料；當模組 ’程式開始判斷衛星定位系統是否有效定位；當衛星 1250303 定位系統為有效定位時，設 起始條件(^，，魏慣性定位系統之第-起始條件反推與輸出慣性)定此慣性定位系統 极备， 氣出至k=l之INS宏仞次 二义施1同日”INS也利用第—起始條件严产）， =疋位系統之一取樣週期;當位於慣性 後時刻定位資料(二:二;)計:及輸出慣性定位系統之 否有效定位上 判斷衛星定位系統是 否中當衛星m统並未有效定位時， 斷疋否已達慣性定位系統之取樣週期的步驟。 依照本發明一較佳實施例，慣性定位系統之取樣週期為 〇.1秒，且衛星m统之GPS^f料的輸出週期為、秒。 【實施方式】 、本發明揭露一種整合定位系統與方法，此整合定位系統 並無需使用陀螺儀。為了使本發明之敘述更加詳盡與完備， 可參照下列描述並配合第1圖至第丨丨圖之圖示。凡 疋位是導航系統最基本的需求，因此當導航系統之定位 裝置無法定位時，導航系統將失去其效用，而恐將造成載具 不便甚至造成傷害。典型之GPS定位失效會有下列三^ 形發生： —，n (1) 一般GPS模組每秒只有一次的定位輸出，故在秒 與秒間，GPS可視為失去定位。說明如下： y 1250303 時間（sec):〜51.0 51」51.2 51.3..ί51.9 μ』52^〜 GPS定位丄一^無定隹定位定位 (2) GPS模組剛開始供電的前一分鐘，Gps模組尚 校正本身㈣間及參數，並無法提供定位輸出。說明如^在 時間（咖）：0 (M 0.2..丄0."2.0."3.〇 57 〇 58 〇 59 〇 6〇 〇 〜 · J——复綠玉GPS定位 (3) 當GPS衛星之訊號為障礙物所韻時，訊號無法到 達GPS接收天線，此時GPS將不能提供定位輸出，尤其是 在室内或都市大樓林立的街道。說明如下： 疋 時間（sec):~100.0 ⑻.〇 102.0."107·0 1〇8〇 1〇9〇 11〇〇 ⑴ 〇〜Gps 定位-L衛星訊號受障礙物遮蔽、GPS夫宏n GPS定位 在GPS定位系統中，當有效衛星接收數在四顆以上， 則GPS能夠產生經度入、緯度幻及高度w世界大地系統 -84(WGS-84)座標系的三維輸出。當Gps未定位，表示輸出 為無效的經緯度。GPS未定位的情形是受限於Gps固有的 特性。由於INS具有下列優點：（1)INS定位計算較簡單， 尤其僅使用加速度計及八位元微處理機，可以定位輸出到每 秒十次；（2)INS —開始就能定位，且短時間的定位準確， 但=起始參考點的位置；以及（3)INS之定位原理，並無需 依靠外來參考訊號，故無訊號遮蔽的問題，既使在室内也能 夠疋位。因此，INS之優勢正好可彌補Gps無法定位的情 況，並克服GPS之缺失。 然而，INS包括幾項昂貴的慣性感測器，例如感測物體 轉動角速度的陀螺儀、感測地球磁北方向的羅盤、及感測物 1250303 體線性運動之力口# _叫_ 宜 速又计’ Ί、有加速度計之價格較為便 旗、，、、有2〜3美元。因此，本發明就是提供一種盔陀 ，之㈣_整合定位系統，僅利用INS之加速度言;的= 月匕就能達到GPS/INS整合的效果。在整合GPS與INS時， 位輸出是WGS_84座標系統之地理座標表示法，而 I:s是必須有參考點的相對定位，因&測若是以GPS之 =位輸出為參考點，便是基於WGS_84座標系統下的卡式座 &表不法’如帛i圖所示。故整合Gps與ms時亦必須進 行座標轉換。 、 睛參照第2圖，第2圖係繪示平面運動 < ⑽载體座 j系（X，y)與GPS導航座標系（N，E)之關係圖。若慣性量測 :元（Inertial Measurement Unit ; IMU)感測器之加速度計及 指北針置於^面運動物體的旋轉中心，則所量測的平面運動 加速度[ax，ay]、及y軸跟北方夾角θ的變化量（角速度）、及 栽體實際上的線加速度（☆，()滿足下式： AN(t) m)

(2) 其中ΔΝ是載具往北方的位移，ΔΕ是載具往東方的位移，而 C b η為載體座標糸與導航座標系間的座標轉換。其中， cbn -sin0 COS0 cos^ sin^ (3) 因此，藉由羅盤量測物體運動方向與北方夾角θ及角速 1250303 度’同時使用雙軸加速度計量測ax和ay，進而獲得 ΔΑ^(^) ^ (~u{k) ·sin0(k) + v(k)·cos6{k))·T; AE(k) « (u(k)·cos0{k) + v(yt) ·sin0(k)) T (4) 其中’免表示？==打，T為足夠短的取樣週期，因此位置之緯 度變化量ΔΦ(1〇，經度變化量Δ又（k)為 (5) △雄卜继 re Re 其中RE為地球半徑。因此， φ^) = -1) + Αφ(ίί) ； m = _ 1} + AA(k) ^ 而完成INS定位。 因此，只要速率V = 反車身座標系之y軸與北方夾 角Θ已知，均可利用上述公式，獲得單位時間載具位置變化 量A(Kk)及Δλ(1〇的值。 一般，在GPS接收模組之美國國家海洋電子協會 (Nati〇nal Marine Electr〇nics Ass〇ciaU〇n ; νμεα)定位輸出 格式中，GPRMC或GPVTG等格式輸出中，具有載具之速 度大小及方向的運動資料，而引共Gps定位失效後設定應 之初始位置、速度大小及方向的依據，以計算下—時刻之定 =出。在本發明之較佳實施例中，⑽之定位資料輸出週 期為0 · 1秒。

在GPS之第一種定位失效情形中，受到GP 出一次定位結果的影響，在秒盥 僅輸 m ^ . 矽興心之間並無定位資料輪出， 因而可視為GPS定位失效。在太 别出 ,.^ 在本&明中，僅使用一顆等站 加速度計及GPS所提供夕夂a、， 領雙軸 g之母秒初始位置、速度大小及方 12 1250303 ^ ^ ϋ^ ^ n ^ „ (sine)4# ^ (cosine)^# , ff 算下一時刻（每0· 1秒）之速度大小及方向。 首先，定義GPS肖INS定位輸出在某一時段，例如 70.0〜71」秒如下（如NMEA格式中之GpRMc輸出广 (m，w，m，m)，(々，c，m..〜 （7) 其中，GPS符號代表為GPS之定 1翰出，例如以，而符號 INS代表經由加速度計算之定位輸出，例如π。在本發明 於C至㉗一秒之間’增加九個Gps/ms整合模組之 疋位輸出，而使定位資料輸出增加至每秒十次。 π參照第3圖所示，第3圖係給+_ ^ ^ ^ 口你、、、日不/飞車在導航座標系下 的迷度向量三角形之示意圖。在 m A l· ^ a,, 在oab的二角形上6代表時 间马A的未知對地速房· 角， &代表呀間為Α的未知對地方向 代夺日… 間為w的已知對地速度；〜 樣間隔為丁…"， °角。、北方夾角），岣代表取 化。太J ㈣為經由加速度計所量測的對地速度變 設 〃運動所具有的趨勢，並於第4圖假 y軸加速度心（幻之方向與 一直線卜，二古虫 日守刻速度匕丨的方向在同 是接近y轴方向，九Γ 了大轉f ’不然速度匕1的方向 週運動也古：子在轉彎，只要取樣時間過短，圓 文勒也旎近似直線運動。因此 咐“ r,-tan-1 豈 和 13 (8) (9) 1250303 6{k)«lim r-»o

Wk-x -¥k~2 T lim ^k~x

T—o T 進一步（1 )式可以獲得以，1>)，和表示速度變化如下： (10) |4| = 士2(灸)+β(心士⑽+¾¾ |AF,|«r|a,| 其中如果^：>0(々—p〇)，則。從OAB的三角形上 應用正弦定律

Vk-x Vk AVk ⑴） sin 爲 sinsin 其中僅有1¾ ak+Pk+yk=^ 進而獲得 A：-l △巧和n為已知，且 (12) (13) sina, =sin[^-(^ +^)] = sin(^ +^} 將（13)代入（1 1)式，獲得 A = taiT1 ^Yk e •COSh (14) 在（14)式 *，u ^ ^ 獲得b，然徭！/ 4 口马已知數，故可順 …、设^和q。另一方面，在 到下列的: 在OBA二角形，又可 以吻卜叭·!| 因為 h-i 與〇^ A (15: 的要靠ax之方二°而㈧會有兩組解，那一個解是正』 之後，考慮载體庙辦么〃 …弟2圖，在獲得^與^ 移娜和往東/^與導航座標系的轉換，計算往北方] 果方位移ΔΕα : 14 1250303 ^ (k) = fk I cos ^ · Γ ； AE (k) = 1¾ I sin ψ1ζ · T ( i 6) 當藉由雙轴加速度計裝置在汽車上量測、和ay，並利 用上—時刻的速度大小和速度方向％」，便可以順利獲 仔下—時刻載具速度大小h和速度方向㈧。以下將此演算 /务寫成函數/GPS和/INS之表示式， 或者 匕^/廳 (18) 以上的過程’由於INS會有累積誤差，考慮當gps再 次定位後’可以GPS之定位資料來校正INs之定位輸出， ，不會有過久的累積誤差，而亦可利用ins來彌補Gps 定位輸出的不連續性。 第二種GPS定位失效為Gps起始供電時所需之校正時 :。因為㈣無需校正時間，因此可馬上量測載具之加速

度’進而計算速度大小及$ y , H 及疋位。但疋’由於INS無法獲得 ’、運動方向，故只能-直記錄GPS校正期内間的加速度 大小如下： (说，‘，喘f，^)，··〜， 便糟由找至㈤⑽，⑬，^ 下： 一直等到時間6G秒時，⑽之定位f料開始輸出| = 599 )。改寫（1 1 )式如

Pk

h smrk \-rk, 15 (20) (21) 1250303 和因而得到， 其中和"。更進一步，將久代入（12)式獲得 心，然後從（15)式可以獲得。再逐一追溯獲得GPS定位 前之INS定位輸出週期的定位資料如下： ¥lf9)? (C??... ? (^9Fr?ΨΓ). (22) 而這個演算過程以函數表示如下： [vlNJ AN-fV (23) 第三種GPS定位失效之情況係指，當GPS衛星之訊號 為障礙物所遮蔽後，有效衛星數量不足所造成之不能定位。 在本發明中，可利用GPS定位失效前之速度大小及方向， 繼續使用INS來產生定位輸出如下： (瑞W溫，喘“潞)，〜 （24) 其中，在第91秒之後，GPS便失去定位，一直到第107秒 才又回復定位，此期間由INS提供所有的定位輸出。在此 期間，隨著時間的增加INS定位輸出資料會產生較大之定 位誤差，而待GPS回復定位時，再利用GPS定位資料來校 正GPS定位前之INS定位資料。 請參照第5圖，第5圖係繪示依照本發明一較佳實施例 的一種GPS/INS整合定位系統之示意圖。此GPS/INS整合 定位系統適用以進行載具之定位，且無須使用陀螺儀。 16 1250303 GPS/INS整合定位系統包括微控制器204、衛星定位系統 200以及具有雙軸加速計202之慣性定位系統。在此較佳實 施例中，微控制器204至少包括二個類比/數位（A/D)接腳以 及一個RX接腳。其中，衛星定位系統200之輸出端201與 微控制器204之RX接腳連接，以透過此RX接腳將載具之 衛星定位資料，例如經度λ、緯度0、速度大小F與速度方 向V，傳送至微控制器204中，以供微控制器204進行處理。 慣性定位系統之雙軸加速計202可用以測量載具之二軸加 速度資料，例如X軸加速度ax與y軸加速度ay，其中雙軸 加速計202具有軸資料之輸出端203與輸出端205，且輸出 端203與輸出端205分別與微控制器204之二A/D接腳連 接，藉以分別透過這些A/D接腳而將載具之二軸加速度資 料傳送至微控制器204中。 請同時參照第6圖，第6圖係繪示第5圖之GPS/INS 整合系統之定位輸出的資料格式示意圖。此實施例之特點在 於，加速度微控制器204從既有衛星定位系統200之資料輸 出中獲得每秒的精確定位，同時每秒取樣雙軸加速計202 十次，依照本發明將描述於後之GPS/INS整合定位方法來 演算整合GPS/INS定位資料。在此GPS/INS整合定位系統 中，微控制器204更至少包括輸出介面206，以輸出載具之 NMEA定位輸出格式的GPS/INS整合定位資料。在此較佳 實施例中，衛星定位系統200之全球定位資料的輸出週期為 1秒。 在本發明之另一較佳實施例中，請參照第7圖，微控制 17 1250303 為2 0 4更肖j冬 . 後之慣性^次固TX輸出接腳’而可用以輸出載具經整合 與微控制琴2料。此外，衛星定位系、统200之輸出端2(Π 衛星定位資RX接腳連接，透過此RX接腳將載具之 中，慣：定二，二， 出介面咖整、人幹出王^位資料並非從微控制器2〇4之輸 接腳以及衛星二: 分別從微控制器2〇4之TX輸出 疋糸統200之輸出端201輸出。其中，慣性 期車輸出週期較佳為^秒，全歧位資料的輸出週 佳為1移、，如第8圖所示。 的一磁1帛1 2 3 4 5 6圖’第6圖係繪示依照本發明-較佳實施例 明:.、、、陀螺儀之GPS/INS整合定位方法之流程 :之：陀螺儀…/INS整合定位方法，可適用以進行載 ::疋位。此無陀螺儀《GPS/INS整合定位方法首先 100,啟動GPS/INS整合模組，例如第5圖或第7圖所 PS/INS整合定位系統。因此’啟動GPS/INS整合模 亦即啟動GPS/INS整合定位系統之微控制器2〇4、衛星定 18 1 先200以及慣性定位系統之雙軸加速計202。由於，當 2 匍生定位系統啟動時，衛星定位系統尚處校正本身的時間及 3 多數日守期而並無法提供定位輸出。此時，又由於⑽益兩 4 校：時間:因此可馬上利用慣性定位系統之雙軸加速計；： 5 订里測’並如同步驟101所述’判斷是否已達INS之取樣 6 週期:當判斷結果為“是”日夺，即記錄載具之加速度，並藉 則隹算速度大小及定位，如步驟！ G 2所述。而當判斷結果^ 否”時’則再次進行步驟101。在本發明之較佳實施例 1250303 中，1NS之取樣週期微（Μ秒。 接下來，進行步驟104,判斷衛星定位系統 身之時間與參數之妒 舍兀成本 么士果為“不，，士 供有效之定位資料。當判斷 ° ·、、 日寸，回到步驟102，再繼續記錄載且之加速 ^ ^ 果為疋時，代表衛星定位系統為有效定 位。由於INS無法獲得載 加⑭π 具钱之對地方#，和僅能獲得 速度數值，同時會有累積定位誤差產生。於是，待衛星定 位系統開始輸出Gp Ζ待俯生疋 4疋位貝枓時，進订步驟 慣性定位系統之起始條杜—Λ、 娜106先將 口條件σ又疋成GPS開始輸出之定位資料 再利用所設定之慣性定 ： (15)式、（16)式、（5)式 Λ (12)式 而獲得GPS定位 )式’逐-反推(仏以囊)， 疋位削之所有INS定位，也就是從到免=1 之f貝性定位輸出資料。在步驟i 而變數k-戰表前，或目前時刻以前刻’ 二進:步驟⑽，記錄並輸出衛星定位系統之GPS 疋位貝枓，並設定慣性定位 (νΓ,ψΓ,ΦΓΛΓ) 〇 ffn Ft € τ ,χ Λ —個起始條件 依據來推算慣性定位季^始條件為 (V ^ ^ '、、、死之下一時刻之定位資料 (心，Λ+1)。在步驟108中， 變數…則代表目前時刻。接下^數：代表上-時刻，而 接下來’進行步驟1 1 0，判斷异 否已達丨貝性定位系統之取樣 .w W 月在本發明之較佳實施例 中，〖貝丨生疋位糸統之取樣週期較 系統之定位資料輸出週期為 ：^ 亦即慣性定位 1移。當判斷結果為“否” 19 1250303 時’則再次判斷是否已達慣性定位 斷結果為“是” & u ^ L 取樣週期，直至判 112,利用慣判斷結果為“是，，時，進行步驟 ^貝性疋位糸統之雙軸速 度資料，例如痒 樣載具之加速 J女X軸加速度ax與y軸加速a。 性定位系統之起始條件心《'彻；：様之截J 速度資料，並利用⑽式、⑽式、 式、（5)式、以及（6)式，來計算慣性定 :6) 定位資料並以目前時、 (γ腐燃丁〜 < 疋位資料 CL A+1，t Λ+1)作為慣性定位 ，後，步驟114，輸出所推;出 中，衛星定位系統之GPS定位資料輸出為 位資料輸出之間每隔（M秒輸出測定 =疋 次GPS定位資料輸出之間 貝科’也就疋說兩 接下來，谁；r牛锁" 、有九_人的1Ns定位資料輸出。 "丄判斷衛星定位系統是否有效定位。 :ΓΛ 定位時’回到步驟⑽，再次判斷 疋否已達慣性定位系統之取樣週期，如果θ :斷 心儒賴起始條件，計算並 〉疋；以 而當衛星定位系統已有效定位時，代表衛星定 下一秒之GPS定位資料輪ψ ,, ”、 進仃 時之GPS定一 此可提供慣性定位系統此 二Γ貝枓’以供慣性定位系統進行-定位資料 座與第U圖，第1〇圖係繪示一 4 屋糸統下之INS母五秒受 又GPS权正-次的定位輸出結 20 1250303 果，而第ii圖係繪示在WGS_84座標系統下之ins每秒受 GPS校正-次的定位輸出結果。從第1()圖中可知㈣每 五秒受GPS校正一次’結果㈣之累積誤差影響定位輸出 的結果很大。而在第U圖巾，INS改以每秒受⑽校正一 次的定位輸出結果’在INS的累積誤差還不是很大時，⑽ 便校正-次，而得到肖Gps近似的定位輸出，並可增加每 秒之定位輸出為原來僅有Gps的十倍。 甶上述本發明較佳實施例可 2發明UPS⑽整合定位系統之INS模組僅使用加速 度计，而可不須使用昂貴之陀螺儀。目 gps/INS整合定位之成本。 韬降低

由上述本發明較佳實施例可知，本發明之又一優點就曰 二本發明之無陀螺儀…/INS整合定位系統，可S

::j:INS之定位計算，並可使每秒定位輪出報告增 加到起過十次。因此，可於GPS 加以彌補GPS之不足。 t幻用INS來 因為本發較佳實施例可知，本發明之再-優點就 無陀螺狀咖⑽整合定位方法，可藉 二，每。，之定位輸出。二 利用GPS定位資料來校正m 可修正⑽之累積誤差，進而達到利因此 位輸出之不連續性的目的。 來彌補Gp“ 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以 21 1250303 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和 範圍内，當可作各種之更動與潤飾’因此本發明之保護範圍 S視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖係繪示導航座標系（N，E，D)與載體座標系（χ，y， Z)在地球座標系統之示意圖。 第2圖係繪示平面運動之INS載體座標系幻與導航 座標系（N，E)之關係圖。 第3圖係繪示汽車在導航座標系下的速度向量三角形 之不意圖。 第4圖係繪示假設、在Vki之軸向上之示意圖。 第5圖係緣示依照本發明一較佳實施例的_種 GPS/INS整合系統之示意圖。 第6圖係繪示第5圖之Gps/INS整合系統之定位輪出 的資料格式示意圖。 第7圖係緣示依照本發明另一較佳實施例的一種 GPS/INS整合系統之示意圖。 第8圖係繪示第7圖之Gps/INS整合系統之定位輪出 的資料格式示意圖。 第9圖係繪示依照本發明一較佳實施例的一種無陀螺 儀之GPS/INS整合定位方法之流程圖。 、 第10圖係繪示在WGS_84座標系統下之INS每五秒受 GPS校正一次的定位輸出結果。 22 1250303 第11圖係繪示在WGS-84座標系統下之INS每秒受 GPS校正一次的定位輸出結果。 【元件代表符號簡單說明】 100 :啟動 101 : 0.1秒取樣時間到？ 102 :記錄加速度（ax，ay) 104 : GPS是否有效定位？ 106 ··設定INS起始條件為（，反推 (OO/KD及輸出INS定位資料從k-Ι至k=l 108 :記錄和輸出GPS定位資料，設定INS起始條件 110 : 0.1秒取樣時間到？ 112 :取樣加速度（ax，ay)、計算（〇〇=，；）、並以此 為下一時刻的起始條件 114 :輸出INS定位資料 116 : GPS是否有效定位？ 200 :衛星定位系統 201 :輸出端 202 :雙軸加速計 203 :輸出端 204 :微控制器 2 0 5 ·輸出端 206 :輸出介面 23

Claims (1)

1250303 拾、申請專利範圍 1 · 一種載具之整合定位系統，適用以定位一載具， 且該整合定位系統至少包括： 〜支控制器，该微控制器至少包括二個類比/數位 (A/D)輸入及一 RX接腳； 一衛星定位系統，該衛星定位系統與該微控制器之該 RX接腳連接，以透過該Rx接腳將該載具之一衛星定位 資料傳送至該微控制器；以及 一慣性定位系統，該慣性定位系統具有一雙軸加速 計，而適用測量該m具之二軸加速度資料，纟中該雙軸 加速汁與该些類比/數位輸入連接，該微控制器分別透過 該些類比/數位接腳，對該載具之該些軸加速度資料= 取樣。 仃 統 ，其中該衛星定位資料之輸出週期為1秒 3.如申請專利範圍第i項所述載具之整 統’其中該微控制器更至少包括—輸出介面 = 具之一 GPS/INS整合定位資料。 a^亥载 統，其中該微控制器更至少包二::之::::: 24 1250303 該載具經整合後之一慣性定位貧料。 5·如申請專利範圍第4項所述载具之整合定位系 統，其中該慣性定位資料之輸出週期為〇· 1秒。 6 ·如申請專利範圍第4項所述載具之整合定位系 統，其中該衛星定位系統更I少包括一輸出端，以輪出該 載具之一衛星定位資料。 7· —種載具之整合定位方法，適用以定位一載具， 且該無陀螺儀之GPS/INS整合定位方法至少包括： 啟動一 GPS/INS整合模組，其中該GPS/INS整合模 組至少包括一微控制器、一衛星定位系統以及一慣性定位 系統； 取樣與記錄該載具之加速度資料； 判斷該衛星定位系統是否有效定位； 田該衛生疋位系統為有效定位時，設定該慣性定位系 統之一第二起始條件（，ΛΓ)，並利用該慣性定位 系、、先之㈣一起始條件(F严，^反推該慣性定位 系統之刚日守刻1Ns定位資料‘，以），從W到 k^\ ； 輸出該衛星定Μ金μ a 疋位糸統疋位前該前時刻INS定位資料 ，從…“ =1; °己錄且輸出灸時刻之該衛星定位系統的GPS定位資 25 1250303 料； 設定該慣性定位系統之一 w'mn' &始條件 判斷是否已達該慣性定位系統之一取樣週期； 當位於該慣性定位系統之該取樣週期時，取樣 之加速度資料； /、 4…亥f貝性疋位系統之_此時刻之 WNSMNS4iNSXs) ； 輸出該此時刻定位資料（〇 判斷該衛星定位系統是否有 k y ^ ^ 舍有效疋位，其中當該衛星定 位糸統並未有效定位時，回到判 疋 J J所疋否已達該慣性定位系 統之該取樣週期的步驟，等到 /、 Μ丨貝性疋位系統之該取揭 週期到了，取樣該載具之加速声 j 樣 Ψ ( V1NS u/INS ώΙΝ8 21ns Λ Jta 又，並以讜此時刻定位 貝村α爪Λ，v)為起始條件，呌 定位輸出；以及 叶异该取樣週期的INS 判斷該衛星定位系統是否 位系統為有效定位時，以衛 ^位，其中當該衛星定 時刻測定位之起始位置。疋位資料輸出，並做為下- 8.如申請專利範圍第7項 法，其中該慣性定位年统 迷载具之整合定位方 位糸、、先之该取樣週期為〇·"少。 9·如申請專利範圍第7項 、 法，其中該慣性定位夺统呈右、述載具之整合定位方 H、有一加速度計。 26 1250303 法，Γ·中：：請專利範圍第9項所述載具之整合定位方 …加速度計測量該載具之x轴與y軸加速度。 中請專利範圍第7項所述載具之整合定位方 / 亥衛星定位系統之定位資料的輸出週期為丨秒。 法，：中1:!巧範圍第7項所述栽具之整合定位方 衛星定位夺：生疋位糸統有效定位時，則記錄和輪出兮 生疋位糸統之GPS定位眘祖，弁訊〜 ^ ^ 之一第三起始條件（CCO。m ^仅系統 13·如巾請專魏圍第7項所述載具之整合 法’-中反推該慣性定位系統之該前時刻INs 方 (）時’至少包括利用方 丨件制、心咖 \v U δίηΛ I - I 〜叫外_ 、禪),卜μ —〜鄉)，、渉.ι)+娜) 以及；1(0 ΔΑ ⑻。 14.如申請專利範圍第7項所述載具之整合定位方法， h 27 1250303 中計算該慣性定位系統之該此日; ()時，至少包括 |4| =抑) + zi2㈨ «^a2x(k) + a2y(k); \AVk\^T\ak\ 、 = tan—1 ^k=\ Wk - i^k-il 、 ^7k AVk ^E(k、=9ksiny/k.T、 刻之定位資料 利用方程式 ak+Pk+Yk=兀 、 AN(k) = Vk cos^ · T 、 (/>{k) = (/>(k-l) + A(/>(k)- 以及；l〇) = ；L(众一1) + A；l(众）。 28