一种多基站卫星差分定位和惯导组合的车辆精准定位方法技术

本发明专利技术涉及一个基于卫星实时差分定位和惯性导航技术，利用数据融合和无线宽带数据通信，为车辆提供精准定位的方法。本发明专利技术的目的是将多种定位导航技术、数据融合和无线宽带数据通信有效构筑成一个可适用于智能交通的无缝定位系统，为行驶中的车辆提供实时稳定连续的亚米级到厘米级的位置信息，可实现车辆的车道级定位导航。本发明专利技术的技术方案是：该方法包括基准站和移动端，基准站安装在道路附近，由基准站卫星接收机和无线宽带通信模块组成，根据移动端需求发送数据，移动端则安装在车辆上，由无线宽带通信模块和组合定位系统组成，可主动实时访问多个基准站以获取数据，完成多基站差分定位，同时可实时调整基准站发送数据的更新频率。

Method for precise positioning of vehicle based on differential positioning of multi station satellite and INS combination

The invention relates to a method based on satellite real-time differential positioning and inertial navigation technology, which uses data fusion and wireless broadband data communication to provide precise positioning for vehicles. The purpose of the invention is a seamless positioning system will be a variety of navigation technology, data fusion and wireless broadband data communication effectively build into a can be used in intelligent transportation, to provide stable and continuous submeter real-time location information to cm level for driving vehicles, can realize the lane level positioning and navigation of vehicle. The technical scheme of the invention is: the method comprises a base station and mobile terminal, installed in the road near the base station, the base station receiver and satellite broadband wireless communication module, the mobile terminal sends data according to the demand, the mobile terminal is installed on the vehicle, composed of wireless broadband communication module and positioning system, active real time access to multiple base stations to obtain data, complete the multi stations differential positioning and real-time adjustment of update frequency base station transmits data.

【技术实现步骤摘要】
一种多基站卫星差分定位和惯导组合的车辆精准定位方法
本专利技术是一种涉及卫星实时差分技术、惯性导航、数据融合和无线宽带数据通信的精确定位方法，可连续为车辆提供高精度的定位服务。
技术介绍
智能交通系统将先进电子信息技术应用于交通运输中，实现高效增值的服务，其中很多业务都是以车辆位置信息为基础的，因此定位系统是智能交通系统中一个基础平台。智能交通系统可以使用卫星定位导航系统，通过天基卫星为地面车辆提供位置服务。目前，装配在车辆上的GNSS(卫星定位导航）接收机只能依靠自身接收卫星信号来完成单点定位（SPP），其位置信息精度通常在几米到十几米之间。这种级别的精度只可以用于普通导航以及对精度要求不高的业务。但是智能交通中越来越多的新业务要求至少亚米级的定位精度，比如精细道路交通管理、车辆车道级定位、安全辅助驾驶、车路协同、自动驾驶等，目前使用的这种定位方法的定位精度就存在显著不足。驾驶员在高速驾驶过程中如果出现疲劳或者注意力不集中的情况，很容易发生事故。在安全辅助驾驶方面，如果能够提供移动车辆的精确位置，将有助于更安全的驾驶行为，降低事故发生率。先进的智能交通系统在车辆防碰撞提醒、变道危险提醒、车距危险提醒等安全辅助驾驶方面和自动驾驶辅助导航中有着越来越高的需求，而这些应用均要求能够稳定实时的获得至少亚米级甚至更高精度的定位服务，所以目前车辆使用的SPP卫星定位平台无法达到安全驾驶方面的性能要求。RTK（实时动态）技术是一种为动态终端提供精密定位的卫星差分定位技术，在本专利技术中，RTK指基于伪距或者载波相位测量值的一种相对定位的差分技术，能够获得高达厘米级的定位精度。在RTK差分中，基准站把伪距和载波相位测量值发送给移动站，而移动站利用这些数据，结合本地伪距和载波相位观测量进行差分运算，从而获得移动站的高精度位置信息。伪距差分也是一种卫星实时差分定位技术，能够提供高达分米级的定位精度。在伪距差分中，基准站广播伪距差分校正量，移动站利用伪距差分校正量对本地接收机的伪距测量值进行校准，然后按照SPP的方法计算移动站的PVT（位置、速度和时间）信息。虽然卫星差分定位可以给车辆提供高精度的定位服务，但是如果单独依赖卫星差分定位，仍然存在一个缺陷：由于该系统完全依赖卫星信号，所以只能在卫星信号良好的开阔地带运行，一旦车辆进入隧道、高架桥或者“城市峡谷”中，卫星信号被建筑物、桥梁或者隧道所阻挡，车辆将很难获得精确的定位信息。此外，宽带无线通信在传输信号的过程中也可能出现数据丢包等间歇性中断的情况，这时移动车辆将无法获得基站发送的差分数据，这也会导致车辆不能获得精确的定位信息。因此在上述情况下，该系统都难以在整个路段上为车辆提供无缝的高精度定位服务。惯性导航系统（INS）是以陀螺和加速度计作为传感器件的导航解算系统，该系统根据陀螺和加速度计的测量值解算出载体在导航坐标系中的速度、位置和姿态信息。惯性导航系统是一种不依赖于外部信息的自主式导航系统，可全天候工作，提供位置、速度和航向等数据，数据更新率高、短期精度和稳定性好，所产生的导航信息连续性好而且噪声低。但是INS的缺陷在于其输出的位置误差会随着时间而积累。当卫星信号被阻挡或者无线数据传输中断的情况发生时，这种间歇性中断的状态持续时间通常较短，一般为几十毫秒到几分钟之间。在这种短时间内，INS系统提供的连续位置和速度信息可以保持很高的精确度。惯性导航系统和卫星定位系统具有很强的互补特性。利用其各自的优点，卫星差分定位系统和惯性导航系统可以构建一个组合型差分定位导航系统，为车辆提供连续无缝的高精度定位导航服务，当卫星信号接收和无线通信状态良好的时候，由卫星差分定位系统和INS共同完成车辆的精准定位导航，当卫星信号或者无线通信出现短暂中断的时候，由INS继续提供连续的高精度定位和速度信息。申请人曾于2016年8月19日申请了名为“一种基于惯性导航和卫星差分定位的车辆精准定位方法”（申请号为201610686099.4）的专利技术专利，首次提到将差分定位和惯导组合系统用于车辆精准定位。在该专利技术中，基站以相同的数据更新频率把差分数据的广播给所有车辆，但是实际上，不同速率的车辆对于差分数据的需求是不一样的，不同道路环境下的行驶车辆对差分数据的需求也是不一样的。另外，在该专利技术中，移动端只采用了一个基准站的数据，执行的是单基站的差分定位。但是实际上，车辆会常常处于多个基准站共同覆盖的区域，如果移动端能够对多个基准站完成多基站联合差分定位解算，可以改善定位精度和稳定性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：针对智能交通中业务需求和现有系统不足，提供一种能够满足车辆分米级至厘米级定位要求的无缝定位系统，该系统融合了惯性导航、卫星实时差分定位技术、数据融合和无线宽带通信网络，能够满足车辆在多种复杂道路环境下的高精度定位问题，为车辆提供车道级的连续定位导航服务。本专利技术要解决的另一个技术问题是：车辆主动访问周边基站以获得所需差分数据，并且可根据自身需求实时动态调整基站差分数据的发送更新频率。本专利技术要解决的另一个技术问题是：车辆收到两个以及两个以上基准站差分数据的时候，可以采用数据融合的方式对多个基准站的差分数据实现多基站联合差分定位解算。本作者查阅了现有专利技术专利以及技术文献资料，还没有出现类似本专利技术的技术方案。本专利技术所采用的技术方案是：一种用于获取行驶车辆精确位置、速度信息的定位导航方法，融合了卫星实时差分定位、惯性定位导航、数据融合以及无线宽带数据通信系统，其特征在于：该系统包括基准站部分和移动端部分，基准站部分安装在基站上，产生差分数据，响应移动端的数据请求，并把本地差分数据和本地基站的高精度位置信息发送给相应的移动端，移动端部分则安装在车辆上，能够接收一个或者两个以上基站的差分数据，完成多基站联合差分定位算法，能够实时调整基准站发送差分数据的更新频率，实现精确的差分定位，其中：基准站部分包括一个GNSS基准站接收机，负责产生差分数据，差分数据包含伪距差分校正量、伪距观测值和载波相位观测值；基准站部分还包括一个无线宽带通信模，负责和移动端的数据通信，把基准站的差分数据以及高精度位置信息发送给对应的移动端；移动端部分包括一个无线宽带通信模块，负责和基准站建立数据通信，可同时访问一个或者多个基站，并接收一个或者多个基站端的差分数据，并把相应差分数据转发给组合定位系统；移动端部分还包括一个组合定位系统，由GNSS差分定位系统和惯性导航系统组成，接收无线宽带通信模块转送的基站差分数据，完成数据融合、差分定位以及和惯性导航的组合结算，最后输出车辆的定位信息；基准站部分具有可识别的通信ID，移动端部分被分配一个可识别的ID，实时获取周边可访问基站的ID，并根据需求主动访问基站以获取差分数据。所述的基准站部分，其特征在于：GNSS基准站接收机已知本地基站的高精度位置信息，实时接收GPS、GLONASS、北斗或者Galileo的一个或者多个导航系统卫星信号，获得伪距观测量以及载波相位观测量，同时基于本地已知的高精度位置信息计算出伪距差分校正量。所述的基准站部分，其特征在于：GNSS基准站接收机发送给无线宽带通信模块的数据包含了基站高精度位置信息，也包含了伪距观测量、载波相位观测量，或者伪距差分校正量，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于获取行驶车辆精确位置、速度信息的定位导航方法，融合了卫星实时差分定位、惯性定位导航、数据融合以及无线宽带数据通信系统，其特征在于：该系统包括基准站部分（2‑1）和移动端部分（2‑6），基准站部分（2‑1）安装在基站上，产生差分数据，响应移动端的数据请求，并把本地差分数据和本地基站的高精度位置信息发送给相应的移动端，移动端部分（2‑6）则安装在车辆上，能够接收一个或者两个以上基站的差分数据，完成多基站联合差分定位算法，能够实时调整基准站发送差分数据的更新频率，实现精确的差分定位，其中：基准站部分（2‑1）包括一个GNSS基准站接收机（2‑2），负责产生差分数据，差分数据包含伪距差分校正量、伪距观测值和载波相位观测值；基准站部分（2‑1）还包括一个无线宽带通信模块（2‑3），负责和移动端的数据通信，把基准站的差分数据以及高精度位置信息发送给对应的移动端；移动端部分（2‑6）包括一个无线宽带通信模块（2‑7），负责和基站建立数据通信，可同时访问一个或者多个基站，并接收一个或者多个基站的差分数据，并把相应差分数据转发给组合定位系统（2‑8）；移动端部分（2‑6）还包括一个组合定位系统（2‑8），由GNSS差分定位系统和惯性导航系统组成，接收无线宽带通信模块（2‑7）转送的基站差分数据， 完成数据融合、差分定位以及和惯性导航的组合结算，最后输出车辆的定位信息；基准站部分（2‑1）具有可识别的通信ID，移动端部分（2‑6）被分配一个可识别的ID，实时获得周边可访问的基站ID，根据需求主动访问基站以获取差分数据。...

【技术特征摘要】
1.一种用于获取行驶车辆精确位置、速度信息的定位导航方法，融合了卫星实时差分定位、惯性定位导航、数据融合以及无线宽带数据通信系统，其特征在于：该系统包括基准站部分（2-1）和移动端部分（2-6），基准站部分（2-1）安装在基站上，产生差分数据，响应移动端的数据请求，并把本地差分数据和本地基站的高精度位置信息发送给相应的移动端，移动端部分（2-6）则安装在车辆上，能够接收一个或者两个以上基站的差分数据，完成多基站联合差分定位算法，能够实时调整基准站发送差分数据的更新频率，实现精确的差分定位，其中：基准站部分（2-1）包括一个GNSS基准站接收机（2-2），负责产生差分数据，差分数据包含伪距差分校正量、伪距观测值和载波相位观测值；基准站部分（2-1）还包括一个无线宽带通信模块（2-3），负责和移动端的数据通信，把基准站的差分数据以及高精度位置信息发送给对应的移动端；移动端部分（2-6）包括一个无线宽带通信模块（2-7），负责和基站建立数据通信，可同时访问一个或者多个基站，并接收一个或者多个基站的差分数据，并把相应差分数据转发给组合定位系统（2-8）；移动端部分（2-6）还包括一个组合定位系统（2-8），由GNSS差分定位系统和惯性导航系统组成，接收无线宽带通信模块（2-7）转送的基站差分数据，完成数据融合、差分定位以及和惯性导航的组合结算，最后输出车辆的定位信息；基准站部分（2-1）具有可识别的通信ID，移动端部分（2-6）被分配一个可识别的ID，实时获得周边可访问的基站ID，根据需求主动访问基站以获取差分数据。2.根据权利1所述的基准站部分，其特征在于：GNSS基准站接收机（2-2）已知本地基站的高精度位置信息，实时接收GPS、GLONASS、北斗或者Galileo的一个或者多个导航系统卫星信号，获得伪距观测量以及载波相位观测量，同时基于本地已知的高精度位置信息计算出伪距差分校正量。3.根据权利1所述的基准站部分，其特征在于：GNSS基准站接收机（2-2）发送给无线宽带通信模块（2-3）的数据包含了基站高精度位置信息，也包含了伪距观测量、载波相位观测量，或者伪距差分校正量，其中：当载波相位和伪距观测量可用时，GNSS基准站接收机（2-2）把载波相位和伪距观测量发送给宽带通信模块（2-3）；当载波相位和伪距观测量不可用，而伪距差分校正量可用时，GNSS基准站接收机（2-2）把伪距差分校正量发送给宽带通信模块（2-3）。4.根据权利1所述的基准站部分，其特征在于：GNSS基准站接收机（2-2）和宽带通信模块（2-3）之间进行数...

【专利技术属性】
技术研发人员：付寅飞，
申请(专利权)人：付寅飞，
类型：发明
国别省市：北京,11