一种基于伪距、线性矢量的定位方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于伪距和线性矢量的定位方法，所述方法包括：基于当前载体运行的道路，从数字地图和高程数据库读取当前载体运行道路的拓扑结构、方向矢量、道路长度、电子高程等数据。通过卫星导航单元获得卫星的伪距信息；根据载体运行道路的拓扑信息，提取当前道路在ECEF坐标系下的线性矢量约束方程；根据卫星伪距形成空间两点间的距离方程；采用最小二乘法或者卡尔曼滤波算法进行位置解算。本发明专利技术还提供了一种实现以上方法的装置，能够有效解决卫星信号被遮挡环境下的定位问题，扩大了卫星导航的定位覆盖范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星定位及惯性导航
，特别是指一种基于卫星伪距、路网数据及高程数据进行定位的方法及装置。
技术介绍
随着我国经济的发展和城市化进程加快，机动车辆已经成为人们日常生活中不可缺少的代步工具，车辆的增长速度远远大于道路里程的增长速度。以危险品运输和物流为代表的营运车辆有逐年增长的趋势。随着车辆数量的急剧增加，城市交通问题日趋严重，产生道路拥堵、交通事故频发、交通污染严重等一系列城市病症，已成为制约经济发展和建设和谐社会的一大瓶颈。面对不断增长的交通需求，单纯依靠增加道路面积和提高路网总体容量不能解决日益严重的交通问题。智能交通系统(ITS)采用先进的信息、电子、系统工程等高科技手段来对道路网络进行更有效的控制与管理，为解决道路交通问题提供了新的思路，在智能交通系统中，关键问题是要准确地知道车辆当前所在的位置。对于营运车辆，尤其是危险品及货物(贵重物品、运钞车等)运输车辆等，指挥中心需要监测区域内车辆运行状况，对被监控车辆进行跟踪管理，这样需要在全程范围内知道营运车辆准确的位置信息。正在快速发展的车联网中，每个参与交通的车辆将不再是一个独立的个体，而是一个完整的网络而进行各种数据交换，其中包括各个车辆的准确的位置信息，用于行车安全，道路交通优化等应用。另外，目前ITS的关键核心技术如车辆自动导航、营运车辆监控等目前主要采用GPS。我国北斗卫星导航系统在2012年底完成区域组网，已在车辆导航和监控中发挥越来越重要的作用。控制中心对行驶车辆进行监控，借助电子地图等其他手段，使驾驶员和交通控制中心准确知道车辆所处的位置，能够实时、快速地处理随时出现的交通拥挤和堵塞。然而，在高楼林立的城市峡谷地区和其他有障碍物的地方，卫星信号要么被完全遮挡，要么被严重衰减，或者信号被折射、反射后到达接收机，导致卫星信号难以捕获而无法定位或者由于信号衰减及多径效应影响而导致导航精度变差。鉴于卫星导航在上述领域的重要应用及所述区域定位难题，城市峡谷等复杂环境下的卫星定位方法长期以来一直是卫星导航领域研究的热点。针对由于信号衰减及多径效应导致的无法定位和精度变差的定位难题，采用卫星导航、无线电导航、天文导航等系统中的一个或几个与惯导组合在一起，形成多余度和导航准确度更高的多功能综合导航系统。这几种方法存在诸多缺点，如单纯提高接收灵敏度难以解决部分卫星信号被完全遮挡的问题，无线电导航、天文导航与惯导组合导航，系统复杂，体系庞大，成本昂贵、日程维护复杂，工作条件特殊、功耗高等，难以大规模推广。由于惯导系统存在长期累积误差，长期稳定度差等问题，目前的卫星与惯导组合导航系统对惯导系统要求苛刻，成本昂贵，且由于误差累积效应只能在卫星定位消失的极短时间内进行位置推测，难以长期稳定定位。因此，只有探索成本低、使用维护简单方便，无累积误差的卫星信号不足情况下的定位方法，才能从根本上解决由于卫星信号覆盖导致的定位难题。本专利技术提出基于伪距、线性矢量定位方法，在载体已确定运行在公路上时，通过对载体运动状态线性化建模，把载体运动限定在一维空间，起到对卫星定位方程降维的目的，在单星或双星情况下，获得稳定的定位输出，能有效解决城市峡谷和其他复杂环境下的定位难题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种基于伪距、线性矢量的定位方法和装置,在载体确定运行在特定道路上之后，通过路网数据和少量卫星进行连续定位跟踪，获得优化的定位结果，作为的卫星导航的增强技术，提高城市复杂环境下的定位覆盖范围。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供了一种基于伪距、线性矢量的定位方法，所述方法：综合利用导航卫星信号观测值、地图拓扑进行定位方程建模和位置解算；动态选择定位方法，根据可见卫星条件采用卫星定位、基于伪距、线性矢量的定位两种方法中的任一种方法进行定位。优选的，确定载体运行在特定道路上之后，建立基于基于伪距、线性矢量的定位模型，或者建立基于基于伪距、线性矢量和高程数据的定位模型。优选的,基于线性矢量的定位模型基于已知的载体所在的道路结点。优选的，定位模型可采用两颗卫星的伪距数据或者更多卫星的伪距数据。优选的，该定位模型，基于ECEF坐标系。该定位模型可通过最小二乘法、卡尔漫滤波方法以及其他定位解算方法进行位置解算。本专利技术还提供了一种基于伪距、线性矢量的定位装置，所述装置包括：卫星接收模块、数字地图和高程、融合定位模块。其中，卫星接收模块对卫星信号进行接收解算，得出伪距信息。数字地图与数字高程模型用于提供道路拓扑，路段方向、长度等信息，数字高程模型提供用户所在位置(或区域)的地面高度值，帮助减小导航定位结果的误差，同时用于高度值的不定区间、检测导航系统测量错误以及实现二维定位等。融合定位模块主要用于用于读取伪距、数字地图及高程数据，进行融合定位。其中，融合定位的主要功能是利用伪距、高程数据、道路拓扑结构及方向矢量等，组成统一的定位模型，通过最小二乘或者卡尔曼滤波的方法进行位置求解。优选的，定位模型基于ECEF坐标系。优选的，融合定位模型包括卫星伪距方程和道路矢量方程、高程约束方程。本专利技术所提供基于伪距、线性矢量的定位方法及装置，从卫星信号处理器读取卫星观测值，用于生成伪距方程；从数字地图和高程数据库读取道路拓扑结构、道路方向矢量、道路长度、电子高程等数据。根据伪距信息、道路拓扑和方向完成初始匹配。根据初始匹配结果组成定位模型，其中包含伪距方程、道路矢量方程、电子高程约束方程等，并采用最小二乘法或者卡尔曼滤波算法进行位置解算。本专利技术提出的融合定位方法能够有效解决卫星信号被遮挡环境下的定位问题，扩大了卫星导航的定位覆盖范围，因此本专利技术具有较高商用价值。附图说明图1ECEF坐标下已知两个结点的道路表示；图2基于伪距、线性矢量定位方法的流程示意图；图3基于伪距、线性矢量定位装置结构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案进一步详细阐述。图2为本专利技术基于伪距、线性矢量的定位方法流程示意图，如图2所示，所述方法包括以下步骤：步骤101，卫星数据和地图数据读取。具体为：系统启动,卫星处理模块接收卫星信号,跟踪通道准备好测量值后，向处理器发送中断。处理器从跟踪通道读取测量值，所述测量值包括：码测量值和载波测量值。读取地图数据；根据卫星数量和用户设定选择定位方式，包括卫星定位、融合定位。若选择融合定位执行以下步骤，否则直接输出结果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于伪距和线性矢量的定位方法，其特征在于，所述方法包括：基于当前载体运行的道路，从数字地图和高程数据库读取当前载体运行道路的拓扑结构、方向矢量、道路长度、电子高程等数据。通过卫星导航单元获得卫星的伪距信息；根据载体运行道路的拓扑信息，提取当前道路在ECEF坐标系下的线性矢量约束方程；根据卫星伪距形成空间两点间的距离方程；采用最小二乘法或者卡尔曼滤波算法进行位置解算。

【技术特征摘要】
2015.11.03 CN 20151073778741.一种基于伪距和线性矢量的定位方法，其特征在于，所述方法包括：
基于当前载体运行的道路，从数字地图和高程数据库读取当前载体运行道路的拓扑结
构、方向矢量、道路长度、电子高程等数据。通过卫星导航单元获得卫星的伪距信息；
根据载体运行道路的拓扑信息，提取当前道路在ECEF坐标系下的线性矢量约束方程；
根据卫星伪距形成空间两点间的距离方程；
采用最小二乘法或者卡尔曼滤波算法进行位置解算。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
利用导航卫星信号观测值、惯性导航数据、地图数据、电子高程等进行位置解算，同时
可以动态选择定位发方法，根据可见卫星条件采用卫星定位或者基于伪距和线性矢量的定
位两种方法中的任一种方法进行定位。
3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于
基于当前运行载体所运行的道路拓扑，依据当前运行载体所在路段的前后两个结点。
4.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于
定位方程中不仅包含伪距方程，还包含基于载体运行道路矢量的约束方程；定位方程
中可包含2颗或更多的卫星伪距方程。
定位模型可通过最小二乘法、卡尔漫滤波方法以及其他定位解算方法进行位置解算。
5.一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：路卫军，原媛，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京;11