基于ARM的車載導航系統(tǒng)的研究與設(shè)計

　　0 引 言

　　在當今社會，汽車成為城市主要的交通工具之一，也越來越成為人們生活中不可缺少的一部分。實現(xiàn)對汽車更加準確的導航和定位，將使外出旅行變得更加快捷方便，同時對改善我國的交通狀況也具有重要意義。

　　目前，國內(nèi)由于GPS存在著導航衛(wèi)星信號容易受到外部干擾或屏蔽的問題。例如，當車輛行駛在城市高樓區(qū)、地下隧道內(nèi)、立交橋下時，由于衛(wèi)星信號受到遮擋而容易暫時“丟失”，而使GPS接收機無法給出定位解或定位精度很差。DR系統(tǒng)可以實現(xiàn)連續(xù)自主的導航定位，抗干擾性強，但是DR方向傳感器誤差較大，且隨時間積累，無法長期使用。針對這些情況，本文給出一種利用嵌入式微處理器S3C44B0x開發(fā)板作為中央處理單元，利用GPS模塊提供位置數(shù)據(jù)和DR模塊的航位推算，經(jīng)過聯(lián)合卡爾曼濾波，最終通過信息融合和地圖匹配，在彩色LCD(LFUBK909A)模塊上顯示出來。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　1.1 系統(tǒng)硬件組成

　　基于ARM的GPS/DR導航系統(tǒng)原理如圖1所示，系統(tǒng)主要包括ARM微控制器、GPS系統(tǒng)、航位推算(DR)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理單元、顯示LCD單元。其中，DR系統(tǒng)所用的主要硬件包括航向傳感器以及距離(速率)傳感器。

　　因此，選用CRS03角速度陀螺儀提供角速度，它使用硅性MEMS技術(shù)，在劇烈沖擊和震動條件下仍然能夠保持卓越的性能。里程計主要由安裝在車輪上的傳動拾取裝置和脈沖信號發(fā)生電路組成，車輪每轉(zhuǎn)動一個固定角度，里程計就輸出一個脈沖信號，在一定時間內(nèi)里程計輸出的脈沖總數(shù)，乘以合適的刻度系數(shù)，就可以得到車輪在這段時間所滾過的距離。

　　采用Rockwell公司研制的高性能的Jupiter GPSOEM：接收機來實現(xiàn)GPS定位，接收板的主要技術(shù)指標如下：

　　(1)定位精度：定位精度小于15 m(無SA時);

　　(2)跟蹤能力：同時跟蹤12顆衛(wèi)星;

　　(3)操作環(huán)境：工作溫度范圍是-40～+85℃;

　　(4)單一+5 V供電，有兩個半雙工的串口;串口1用于輸出定位結(jié)果和接收對其進行初始化的寫入，串口2用于接收差分信息

　　1.2.2 信息融合

　　采用聯(lián)合卡爾曼濾波器進行信息融合。它是一個兩級數(shù)據(jù)處理過程，利用信息分配原則來消除各子系統(tǒng)估計的相關(guān)性，分配后的信息與局部傳感器信息進行融合，完成局部傳感器的信息更新，更新后的局部信息融合成一個新的全局狀態(tài)估計，如圖3所示。整個組合導航系統(tǒng)工作正常時，DR系統(tǒng)含有三個濾波器，其中兩個分別處理位移信息和航向信息，局部濾波器處理航位推算的導航信息;再將DR和GPS的導航信息輸送到主濾波器進行最優(yōu)融合產(chǎn)生高精度的導航信息。

　　1.3 LCD子系統(tǒng)設(shè)計

　　車載系統(tǒng)的顯示裝置采用了320×240點陣式5.2英寸彩色液晶顯示屏 (LFUBK909A)，因為S3C44B0內(nèi)嵌LCD控制器(支持320×240顯示屏)，無需外接LCD顯示控制器，簡化了設(shè)計。內(nèi)嵌的LCD控制器采用DMA方式將顯示緩存中的圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠縇CD驅(qū)動電路，支持單色，4級灰度和16級灰度模式以及256級彩色的LCD。圖4是S3C4480與 LFUBK909A的接口。