基于ARM的车载导航系统的研究与设计

0 引 言

在当今社会，汽车成为城市主要的交通工具之一，也越来越成为人们生活中不可缺少的一部分。实现对汽车更加准确的导航和定位，将使外出旅行变得更加快捷方便，同时对改善我国的交通状况也具有重要意义。

目前，国内由于GPS存在着导航卫星信号容易受到外部干扰或屏蔽的问题。例如，当车辆行驶在城市高楼区、地下隧道内、立交桥下时，由于卫星信号受到遮挡而容易暂时"丢失"，而使GPS接收机无法给出定位解或定位精度很差。DR系统可以实现连续自主的导航定位，抗干扰性强，但是DR方向传感器误差较大，且随时间积累，无法长期使用。针对这些情况，本文给出一种利用嵌入式微处理器S3C44B0x开发板作为中央处理单元，利用GPS模块提供位置数据和DR模块的航位推算，经过联合卡尔曼滤波，最终通过信息融合和地图匹配，在彩色LCD(LFUBK909A)模块上显示出来。

1 系统硬件设计

1．1 系统硬件组成

基于ARM的GPS／DR导航系统原理如图1所示，系统主要包括ARM微控制器、GPS系统、航位推算(DR)系统、数据处理单元、显示LCD单元。其中，DR系统所用的主要硬件包括航向传感器以及距离(速率)传感器。

因此，选用CRS03角速度陀螺仪提供角速度，它使用硅性MEMS技术，在剧烈冲击和震动条件下仍然能够保持卓越的性能。里程计主要由安装在车轮上的传动拾取装置和脉冲信号发生电路组成，车轮每转动一个固定角度，里程计就输出一个脉冲信号，在一定时间内里程计输出的脉冲总数，乘以合适的刻度系数，就可以得到车轮在这段时间所滚过的距离。

采用Rockwell公司研制的高性能的Jupiter GPSOEM：接收机来实现GPS定位，接收板的主要技术指标如下：

(1)定位精度：定位精度小于15 m(无SA时)；
(2)跟踪能力：同时跟踪12颗卫星；
(3)操作环境：工作温度范围是-40～+85℃；
(4)单一+5 V供电，有两个半双工的串口；串口1用于输出定位结果和接收对其进行初始化的写入，串口2用于接收差分信息

1．2．2 信息融合

采用联合卡尔曼滤波器进行信息融合。它是一个两级数据处理过程，利用信息分配原则来消除各子系统估计的相关性，分配后的信息与局部传感器信息进行融合，完成局部传感器的信息更新，更新后的局部信息融合成一个新的全局状态估计，如图3所示。整个组合导航系统工作正常时，DR系统含有三个滤波器，其中两个分别处理位移信息和航向信息，局部滤波器处理航位推算的导航信息；再将DR和GPS的导航信息输送到主滤波器进行最优融合产生高精度的导航信息。

1．3 LCD子系统设计

车载系统的显示装置采用了320×240点阵式5．2英寸彩色液晶显示屏 (LFUBK909A)，因为S3C44B0内嵌LCD控制器(支持320×240显示屏)，无需外接LCD显示控制器，简化了设计。内嵌的LCD控制器采用DMA方式将显示缓存中的图像数据传输到外部LCD驱动电路，支持单色，4级灰度和16级灰度模式以及256级彩色的LCD。图4是S3C4480与 LFUBK909A的接口。

2 软件设计

该导航系统的软件开发是在ADS 1．2开发环境下完成的。软件主要采用C语言编写，在整体编译调试通过和运行正常后，使用ADS 1．2开发环境中的片上调试功能，将源程序烧录到FLASH，这样将JTAG和电源断开重新上电后，程序就可以脱机运行了。图5是主线程的软件流程图。

将GPs接收机的输出信息与DR系统所得的距离变化量d和航向角θ信息传送到嵌入式S3C4480中，首先利用相应的软件进行两套数据的时空同步，然后利用卡尔曼滤波器进行组合处理。有关校正计算，可以在计算机上实现，无需反馈回子系统。组合处理GPS和DR数据，可以实时进行，也可以测量后实施。图6是联合卡尔曼滤波器的软件流程图。

3 结 语

基于ARM7采用GPS／DR组合导航系统来克服单独采用GPS信号易丢失和航位推算DR的缺点，通过数据滤波处理和信息融合算法，使得定位误差远远小于单独GPS系统，同时也弥补了DR系统误差发散的特点，最终在彩色LCD(LFUBK909A)上显示出来。实验结果证明了该组合是行之有效的。