本发明涉及一种基于多种外部导航设备的导航显示控制系统及方法，所述系统包括外部导航设备、导航计算机、显示控制终端；其中，所述外部导航设备进一步包括惯性导航设备、卫星导航设备、高程计、里程计、寻北仪和视频采集器，各外部导航设备将导航信息传送至导航计算机；所述导航计算机用于采集外部导航设备的数据，并采用组合导航算法进行组合导航解算和信息处理；所述显示控制终端用于进行输入和输出。本系统和方法采用了多种数据源，提高了导航精度，能发挥多种导航数据源的优势，且人机操作界面友好。
1.一种基于多种外部导航设备的导航显示控制系统，其特征在于，包括外部导航设备、导航计算机、显示控制终端；
其中，所述外部导航设备进一步包括惯性导航设备、卫星导航设备、高程计、里程计、寻北仪，外部导航设备将导航信息传送至导航计算机；所述惯性导航设备利用惯性陀螺和加速度计测得角度增量和加速度，供导航计算机进行坐标转换和导航解算，完成姿态更新、速度更新和位置更新，得出载体的位置、航向、姿态及速度信息；卫星导航设备提供实时的卫星导航定位信息；高程计通过测量气压变化量方式感应高度的变化量；里程计输出车辆里程脉冲，通过该脉冲可以获得车辆行驶的距离；寻北仪用于给出方位角、姿态角信息；
所述导航计算机用于采集外部导航设备的数据，并采用组合导航算法进行组合导航解算和信息处理；所述组合导航算法是通过模糊推理系统、基于采集数据，在线调整外部导航设备观测量的置信度加权系数，将得到的新的加权系数矩阵再引入鲁棒滤波实现自适应滤波；所述导航计算机通过组合导航算法将角度增量和加速度进行坐标转换和导航解算，完成姿态更新、速度更新和位置更新，得出载体的实时位置、航向、姿态及速度信息，利用卫星导航信息、高程计信息和里程计信息修正所述载体的实时位置、航向、姿态和速度信息，得到导航数据信息；
所述显示控制终端用于进行输入和输出；所述显示控制终端的输出设备提供导航界面、系统配置界面、电子地图界面；导航界面，用于显示各个外部导航设备的工作状态，实时显示导航数据信息；系统配置界面，用于进行系统工作参数装订和工作模式的选择；电子地图界面，用于进行行驶路径设置、规划路线、数据保存、地图管理功能模块的操作；输出设备还包括语音输出；
外部导航设备与导航计算机之间的数据传输方式为：惯性导航数据通过串口RS422进行数据传输，卫星数据通过串口RS232进行数据传输，高程计数据通过RS232进行数据传输，里程计数据通过CAN总线进行数据传输，寻北仪通过串口RS232进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的导航显示控制系统，其特征在于，外部导航设备还包括视频采集器，用于采集倒车影像。
3.根据权利要求2所述的导航显示控制系统，其特征在于，导航计算机还包括：基于采集的车辆导航信息和倒车影像视频信息对液晶显示器进行导航界面和倒车影像界面的自动显示切换。
4.根据权利要求1-3任一所述的导航显示控制系统的导航显示控制方法，其特征在于，包括步骤：
步骤S2.启动外部导航设备，外部导航设备将导航信息传送至导航计算机；所述外部导航设备进一步包括惯性导航设备、卫星导航设备、高程计、里程计、寻北仪；其中，所述惯性导航设备利用惯性陀螺和加速度计测得角度增量和加速度，供导航计算机进行坐标转换和导航解算，完成姿态更新、速度更新和位置更新，得出载体的位置、航向、姿态及速度信息；
卫星导航设备提供实时的卫星导航定位信息；高程计通过测量气压变化量方式感应高度的变化量；里程计输出车辆里程脉冲，通过该脉冲可以获得车辆行驶的距离；寻北仪用于给出方位角、姿态角信息；
步骤S3.导航计算机接收外部导航设备数据，并采用组合导航算法进行组合导航解算和信息处理；所述组合导航算法是通过模糊推理系统、基于采集数据，在线调整外部导航设备观测量的置信度加权系数，将得到的新的加权系数矩阵再引入鲁棒滤波实现自适应滤波；其中，所述导航计算机通过组合导航算法将角度增量和加速度进行坐标转换和导航解算，完成姿态更新、速度更新和位置更新，得出载体的实时位置、航向、姿态及速度信息，利用卫星导航信息、高程计信息和里程计信息修正所述载体的实时位置、航向、姿态和速度信息，得到导航数据信息；
步骤S4.导航计算机将导航数据信息输出显示在显示控制终端上，所述导航数据信息输出显示包括：导航界面、系统配置界面、电子地图界面；导航界面，用于显示各个外部导航设备的工作状态，实时显示导航数据信息；系统配置界面，用于进行系统工作参数装订和工作模式的选择；电子地图界面，用于进行行驶路径设置、规划路线、数据保存、地图管理功能模块的操作；输出设备还包括语音输出。
5.根据权利要求4所述的导航显示控制方法，其特征在于，所述初始化具体是：在显示控制终端，通过系统配置界面装订车辆当前位置坐标和路面修正系数至导航计算机，建立车辆初始导航基准信息。
一种基于多种外部导航设备的导航显示控制系统和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及导航技术领域，尤其涉及一种基于多种外部导航设备的导航显示控制系统及方法。
背景技术
[0002] 惯性导航信息和卫星导航信息作为组合导航信息的重要来源，两种导航信息的有机融合方式直接影响导航定位精度。目前，惯性/卫星组合导航系统大多利用捷联惯性导航系统(简称“惯导系统”)建立导航基准，卫星导航信息作为辅助信息，由导航显示器设备给定初始条件，再通过导航显示器设备内部的导航计算机解算出车辆的速度、位置以及姿态和航向角。一方面，单纯的惯导系统存在导航误差随时间累积的固有缺点，而卫星信号易受干扰使得卫星定位功能经常失效。另一方面，现有的导航显示方法一般采用键盘式按键操作，人机操作界面不友好。因此，急需提供一种导航系统及方法，能结合不同数据源的优点，提高现有导航的精度，并实现界面友好的操作。
发明内容
[0003] 鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于多种外部导航设备的导航显示控制系统及方法，用以解决现有导航方法所存在的精度差、人机不友好的问题。
[0004] 本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0005] 提高一种基于多种外部导航设备的导航显示控制系统，具体包括外部导航设备、导航计算机、显示控制终端。
[0006] 所述外部导航设备进一步包括惯性导航设备、卫星导航设备、高程计、里程计、寻北仪，各外部导航设备将导航信息传送至导航计算机；
[0007] 所述导航计算机用于采集外部导航设备的数据，并采用组合导航算法进行组合导航解算和信息处理；
[0008] 所述显示控制终端用于进行输入和输出。
[0009] 外部导航设备与导航计算机之间的数据传输方式为：惯性导航数据通过串口RS422进行数据传输，卫星数据通过串口RS232进行数据传输，高程计数据通过RS232进行数据传输，里程计数据通过CAN总线进行数据传输，寻北仪通过串口RS232进行数据传输。
[0010] 其中，
[0011] 惯性导航设备利用惯性陀螺和加速度计测得角度增量和加速度，供导航计算机进行坐标转换和导航解算，完成姿态更新、速度更新和位置更新，得出载体的位置、航向、姿态及速度信息；卫星导航设备提供实时的卫星导航定位信息；高程计通过测量气压变化量方式感应高度的变化量；里程计输出车辆里程脉冲，通过该脉冲可以获得车辆行驶的距离；寻北仪用于给出方位角、姿态角信息。
[0012] 上述组合导航算法具体是通过模糊推理系统、基于大量采集数据，在线调整外部导航设备观测量的置信度加权系数，将得到的新的加权系数矩阵再引入卡尔曼滤波实现自适应滤波。其中，卡尔曼滤波可以替换成鲁棒滤波。
[0013] 优选的，外部导航设备还包括视频采集器，用于采集倒车影像。
[0014] 优选的，导航计算机还包括：基于采集的车辆导航信息和倒车影像视频信息对液晶显示器进行导航界面和倒车影像界面的自动显示切换。
[0015] 根据上述导航显示控制系统的导航显示控制方法，具体包括步骤：
[0016] 步骤S1.导航系统上电，并初始化；
[0017] 步骤S2.启动外部导航设备，外部导航设备将导航信息传送至导航计算机；
[0018] 步骤S3.导航计算机接收外部导航设备数据，并采用组合导航算法进行组合导航解算和信息处理；
[0019] 步骤S4.导航计算机将导航数据信息输出显示在显示控制终端上。
[0020] 其中，步骤S1中初始化具体包括：在显示控制终端，通过系统配置界面装订车辆当前位置坐标和路面修正系数至导航计算机，建立车辆初始导航基准信息。
[0021] 进一步地，步骤S3中导航计算机将角度增量和加速度进行坐标转换和导航解算，完成姿态更新、速度更新和位置更新，得出载体的位置、航向、姿态及速度信息；以及利用卫星导航信息、高程计信息和里程计信息修正载体的实时位置、航向、姿态和速度等导航信息，得到导航数据信息。
[0022] 本发明有益效果如下：
[0023] 采用多个外部导航设备，应用信息融合技术，对各种导航信息进行综合处理，实现各种导航信息互相取长补短，提高组合导航定位精度；并且通过对导航信息进行集中显示，集中控制和综合处理，实现人机友好，并能向各个使用部门提供实时的、全面的、最佳的导航信息。
[0024] 本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0025] 附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0026] 图1为导航显示控制系统的结构示意图；
[0027] 图2为导航显示控制系统的数据流示意图。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
[0029] 根据本发明的一个具体实施例，公开了一种基于多种外部导航设备的导航显示控制系统(如图1)，包括外部导航设备、导航计算机、显示控制终端，其中，[0030] 所述外部导航设备包括惯性导航设备、卫星导航设备、高程计、里程计、寻北仪等设备。各外部导航设备通过串口、以太网、CAN总线等通信方式将导航信息传送至导航计算机。具体地，惯性导航数据可以通过串口RS422传输，卫星数据可以通过串口RS232传输，高程计数据可以通过RS232传输，里程计数据可以通过CAN总线传输，寻北仪数据可以通过串口RS232传输。
[0031] 惯性导航设备利用惯性陀螺和加速度计测得角度增量和加速度，供导航计算机进行坐标转换和导航解算，完成姿态更新、速度更新和位置更新，得出载体的位置、航向、姿态及速度信息，实现自主惯性导航信息的输出。卫星导航设备提供实时的卫星导航定位信息。高程计通过测量气压变化量方式感应高度的变化量。里程计输出车辆里程脉冲，通过该脉冲可以获得车辆行驶的距离。寻北仪用于给出方位角、姿态角信息。其中，所述卫星导航设备是指GPS或北斗等卫星导航系统中的用户设备。
[0032] 一个优选实施例，外部导航设备还可以包括视频采集器，用于采集倒车影像，并传输给导航计算机。
[0033] 所述导航计算机可以采用处理器或数据处理设备，用于采集外部导航设备的数据，并采用组合导航算法进行组合导航解算和信息处理。用于车辆的导航系统的导航计算机可以是行车电脑或者单独的数据处理器。所述组合导航算法可以采用其他数据融合算法。
[0034] 所述显示控制终端包括输入设备和输出设备，输入设备和输出设备可以统一成一个装置，例如液晶屏触摸屏一体机，既可以输入也可以显示输出；输入设备和输出设备也可以分成两个单独的设备，分别进行输入和输出。输入设备用于进行参数输入和输入控制，输出设备用于进行导航结果信息输出，所述输出可以包括声音输出和画面输出。
[0035] 本实施例中，所述的组合导航算法具体采用的是一种置信度加权的模糊自适应卡尔曼滤波算法，通过模糊推理系统、基于大量采集数据，在线调整每个外部导航设备观测量的置信度加权系数，将得到的新的加权系数矩阵再引入卡尔曼滤波算法实现自适应滤波。导航计算机通过上述组合导航算法使各导航数据取长补短，得到最优数据，再进行信息显示，存储、控制等工作，能使得导航和定位更加精确。优选的，可以将卡尔曼滤波替换为鲁棒滤波等。
[0036] 实施例中，所述显示控制终端的输出设备采用液晶显示器，输入设备采用触摸屏，液晶显示器和触摸屏可以采用一体式的，也可以采用分体式的。用于车辆的显示控制终端一般设置于中控台驾驶员方便操作的地方。
[0037] 所述输出设备具体可以为用户提供导航界面、系统配置界面、电子地图界面和倒车影像界面。导航界面主要显示各个外部导航设备的工作状态，实时显示导航数据信息(包括姿态信息、方位信息、高度信息、里程信息、卫星导航信息等)。系统配置界面主要完成系统工作参数装订和工作模式的选择；电子地图界面可以进行行驶路径设置、规划路线、数据保存、地图管理等功能模块的操作；倒车影像界面主要完成倒车影像视频信息的显示。输出设备还可以包括语音输出。
[0038] 所述输入设备用于为用户提供输入接口，以触摸屏为例，通过点击触摸屏可装订当前位置坐标和路面修正系数等给定初始条件至惯导系统，建立车辆初始导航基准信息。
[0039] 根据本发明的另一个具体实施例，还公开了一种采用上述导航显示控制系统进行导航显示控制方法(如图2)，包括以下步骤：
[0040] 步骤S1.导航系统上电，并初始化。具体地，可以通过点击显示控制终端的触摸屏，在系统配置界面装订车辆当前位置坐标和路面修正系数等给定初始条件至导航计算机，建立车辆初始导航基准信息。
[0041] 步骤S2.启动外部导航设备，外部导航设备将导航信息传送至导航计算机，具体地，
[0042] 惯导系统利用惯性陀螺和加速度计测得角度增量和加速度；卫星导航设备提供实时的卫星导航定位信息；高程计通过测量气压变化量方式感应高度的变化量；里程计输出车辆里程脉冲，通过该脉冲可以获得车辆行驶的距离；寻北仪用于给出方位角、姿态角信息。
[0043] 步骤S3.所述导航计算机接收外部导航设备数据，并采用组合导航算法进行组合导航解算和信息处理，具体地，
[0044] 导航计算机通过组合导航算法将角度增量和加速度进行坐标转换和导航解算，完成姿态更新、速度更新和位置更新，得出载体的位置、航向、姿态及速度信息，实现自主惯性导航信息的输出；
[0045] 利用卫星导航信息、高程计信息和里程计信息修正载体的实时位置、航向、姿态和速度等导航信息，得到导航数据信息。
[0046] 其中，所述导航计算机的组合导航算法采用一种置信度加权的模糊自适应卡尔曼滤波算法，通过模糊推理系统、基于大量数据，在线调整每个外部导航设备观测量的置信度加权系数，得到的加权系数矩阵再引入卡尔曼滤波算法实现自适应滤波。优选的，可以将卡尔曼滤波替换为鲁棒滤波等。
[0047] 步骤S4.导航计算机将导航数据信息显示在显示控制终端上。
[0048] 导航计算机通过液晶显示器的导航界面显示导航数据信息，并通过无线接口将导航数据信息发送给其他使用部门。
[0049] 优选地，导航计算机还基于采集的车辆导航信息和倒车影像视频信息对液晶显示器进行导航界面和倒车影像界面的自动显示切换。当出现倒车操作时，液晶显示屏自动跳转到显示倒车影像视频信息的界面上。倒车结束后，自动跳转到导航界面上显示车辆的导航信息。
[0050] 综上所述，本发明实施例提供了一种导航显示控制系统和方法，应用信息融合技术把各个外部导航设备有机地结合起来，对各种导航信息进行综合处理，实现各种导航信息互相取长补短，提高组合导航定位精度；并且通过对导航信息进行集中显示，集中控制和综合处理，最大限度地发挥每一种导航信息的作用，实现向各个使用部门提供实时的、全面的、最佳的导航信息。
[0051] 本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
[0052] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
