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。

[page]

    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。

[page]

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。