一种运动载体导航定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种运动载体导航定位方法及装置，包括：识别当前是否与全球定位系统GPS处于信号中断状态；如果识别出与所述GPS处于所述信号中断状态，基于与所述运动载体的当前运动状态对应的运动模型定位推算出推算定位信息；通过所述推算定位信息对来自所述MEMS‑INS的载体定位信息进行修正，以得到修正后载体定位信息。通过本发明专利技术能够相比复杂非线性模型效率更高又简便的在GPS信号中断时实现对运动载体的定位误差进行修正，避免了定位误差累计，以降低了在GPS信号中断时的定位误差。

Method and device for navigation and positioning of moving carrier

The invention discloses a vehicle navigation positioning method and device, including: identifying whether the current and global positioning system GPS signal in a break state; if identified with the GPS in the signal interruption, the current state of motion vector and the motion of the motion model of positioning should be projected based on location information through the calculation of correction; carrier positioning information from the MEMS INS positioning information, to obtain the modified carrier location information. Compared to the efficiency of complex nonlinear model by the invention can be more simple and the GPS signal is interrupted to achieve positioning error of motion vector is modified to avoid the positioning error accumulated, in order to reduce the positioning error in the GPS signal is interrupted.

【技术实现步骤摘要】
一种运动载体导航定位方法及装置
本专利技术涉及导航
，具体涉及一种运动载体导航定位方法及装置。
技术介绍
车载导航应用要求导航系统能够提供较高精度的位置、速度和姿态信息。在城市车载导航中，受制作工艺的影响，低成本的微机电系统(MicroElectroMechanicalSystem，MEMS)-惯性导航系统(InertialNavigationSystem，INS)精度较低，其误差随时间积累严重，在动态情况下这种问题尤其突出。GPS接收机在卫星可见性较好情况下能提供较为准确的位置、速度信息，来修正MEMS-INS的定位误差，但是，车辆在城市环境中由于建筑物的遮挡易发生GPS信号中断，此时MEMS-INS的快速漂移误差会使MEMS-INS/GNSS组合导航系统的定位性能迅速恶化。因此，GPS信号中断时MEMS-INS定位误差的控制，也是车载GPS/MEMS-INS组合导航需要解决的重要问题。现有提供了是通过对MEMS-INS系统中的惯性传感器误差建模来防止中断时导航性能恶化,但是现有这种方案的计算量较大、实时性较差、模型环境适应能力差，从而导致对导航误差的控制有限。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术实施例提供了一种运动载体导航定位方法及装置，以降低了在GPS信号中断时的定位误差。第一方面，本专利技术实施例提供了一种运动载体导航定位方法，应用于设置在运动载体上的城市导航装置，所述城市导航装置与微机电系统－惯性导航系统MEMS-INS、全球定位系统GPS通信，所述方法包括：识别当前是否与全球定位系统GPS处于信号中断状态；如果识别出与所述GPS处于所述信号中断状态，基于与所述运动载体的当前运动状态对应的运动模型定位推算出推算定位信息；通过所述推算定位信息对来自所述MEMS-INS的载体定位信息进行修正，以得到修正后载体定位信息。优选的，在所述识别当前是否与所述GPS处于信号中断状态之后，所述方法还包括：如果识别出与所述GPS未处于所述信号中断状态，确定伪距差异信息为用于建立状态空间模型的观测量，以及确定误差数据为用于建立所述状态空间模型的状态量；基于所述状态量和所述观测量建立所述状态空间模型；将来自所述MEMS-INS的载体定位信息经过所述状态空间模型进行卡尔曼滤波，以得到修正后载体定位信息。优选的，如果所述修正后载体定位信息包括最优载体位置和最优载体速度，在所述得到修正后载体定位信息之后，所述方法还包括：如果识别出与所述GPS未处于所述信号中断状态，判断所述最优载体速度是否大于预设速度值，以及判断姿态约束的定姿误差是否小于预设角度值；如果所述最优载体速度大于所述预设速度值，且所述姿态约束的定姿误差小于所述预设角度值，基于所述最优载体速度对来自所述MEMS-INS的载体姿态信息进行修正，以得出修正后载体姿态信息；如果识别出与所述GPS处于信号中断状态，或者所述最优载体速度小于或等于预设速度值，或者所述姿态约束的定姿误差大于或等于所述预设角度值，则基于所述姿态约束对来自所述MEMS-INS的载体姿态信息进行修正，以得出所述修正后载体姿态信息。优选的，如果所述修正后载体姿态信息包括载体航向角、载体俯仰角和载体横滚角，所述基于所述最优载体速度对来自所述MEMS-INS的载体姿态信息进行修正，包括：获得所述最优载体速度中的北向速度、东向速度，将所述北向速度和所述东向速度通过如下公式得到所述载体航向角：将所述北向速度和所述东向速度，通过如下公式得到所述载体俯仰角：基于所述最优载体速度中的提升加速度矢量、水平参考矢量，通过如下公式得到所述载体横滚角：γs＝arccos((l·p)/(|l·p|)；其中，vn为所述北向速度，ve为所述东向速度，l为所述提升加速度矢量，p为所述水平参考矢量，为所述载体航向角，θs为所述载体俯仰角，γs为所述载体横滚角。优选的，如果所述修正后载体姿态信息包括载体航向角、载体俯仰角和载体横滚角，所述基于所述姿态约束对来自所述MEMS-INS的载体姿态信息进行修正，包括：基于所述载体定位信息确定出所述运动载体的当前运动状态；确定与所述当前运动状态对应的姿态约束定姿模型；基于与所述当前运动状态对应的姿态约束定姿模型对所述载体姿态信息进行修正。优选的，如果所述载体定位信息包括载体速度信息，所述基于与所述运动载体的当前运动状态对应的运动模型定位推算出推算定位信息，包括：获得来自所述MEMS-INS的载体定位信息；基于所述载体速度信息确定出所述运动载体的当前运动状态；确定与所述当前运动状态对应的运动模型；基于与所述当前运动状态对应的运动模型进行定位推算出所述推算定位信息。优选的，所述基于所述载体速度信息确定出所述运动载体的当前运动状态，包括：判断来自所述MEMS-INS的加速度计Y轴加速度是否大于第一预设门限值；以及来自所述MEMS-INS的陀螺仪Z轴角速度是否大于第二预设门限值；如果所述加速度计Y轴加速度大于所述第一预设门限值，且所述陀螺仪Z轴角速度大于所述第二预设门限值，确定所述运动载体的当前运动状态为转弯运动；如果所述加速度计Y轴加速度大于所述第一预设门限值，且所述陀螺仪Z轴角速度小于或等于所述第二预设门限值，确定所述运动载体的当前运动状态为变速直线运动；如果所述加速度计Y轴加速度小于或等于所述第一预设门限值，确定所述运动载体的当前运动状态为匀速直线运动。优选的，所述确定伪距差异信息为用于建立状态空间模型的观测量，以及确定误差数据为用于建立所述状态空间模型的状态量，包括：接收来自所述MEMS-INS的如下误差数据为所述状态量：俯仰角误差、横滚角误差、航向角误差、经度误差、纬度误差、高度误差、东向速度误差、北向速度误差、天向速度误差、GPS接收机时钟的钟差和频差、所述MEMS-INS上的陀螺仪的误差矢量和加速度计的误差矢量；接收来自所述MEMS-INS的伪距计算值，以及接收来自所述GPS的伪距测量值；确定所述伪距计算值与所述伪距测量值之间的伪距差值和伪距率差值为所述观测量。第二方面，本专利技术实施例提供一种设置在运动载体上的城市导航装置，所述城市导航装置与微机电系统－惯性导航系统MEMS-INS、全球定位系统GPS通信，所述城市导航装置包括：识别单元，用于识别当前是否与全球定位系统GPS处于信号中断状态；推算单元，用于如果识别出与所述GPS处于所述信号中断状态，基于与所述运动载体的当前运动状态对应的运动模型定位推算出推算定位信息；修正定位单元，用于通过所述推算定位信息对来自所述MEMS-INS的载体定位信息进行修正，以得到修正后载体定位信息。优选的，所述装置还包括：模型参量确定单元，用于如果识别出与所述GPS未处于所述信号中断状态，确定伪距差异信息为用于建立状态空间模型的观测量，以及确定误差数据为用于建立所述状态空间模型的状态量；建模单元，用于基于所述状态量和所述观测量建立所述状态空间模型；滤波单元，用于将来自所述MEMS-INS的载体定位信息经过所述状态空间模型进行卡尔曼滤波，以得到修正后载体定位信息。优选的，如果所述修正后载体定位信息包括最优载体位置和最优载体速度，所述装置还包括：判断单元，用于如果识别出与所述GPS未处于所述信号中断状态，判断所述最优载体速度是否大于预设速度值，以及判断姿本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运动载体导航定位方法，应用于设置在运动载体上的城市导航装置，所述城市导航装置与微机电系统－惯性导航系统MEMS‑INS、全球定位系统GPS通信，其特征在于，所述方法包括：识别当前是否与全球定位系统GPS处于信号中断状态；如果识别出与所述GPS处于所述信号中断状态，基于与所述运动载体的当前运动状态对应的运动模型定位推算出推算定位信息；通过所述推算定位信息对来自所述MEMS‑INS的载体定位信息进行修正，以得到修正后载体定位信息。

【技术特征摘要】
1.一种运动载体导航定位方法，应用于设置在运动载体上的城市导航装置，所述城市导航装置与微机电系统－惯性导航系统MEMS-INS、全球定位系统GPS通信，其特征在于，所述方法包括：识别当前是否与全球定位系统GPS处于信号中断状态；如果识别出与所述GPS处于所述信号中断状态，基于与所述运动载体的当前运动状态对应的运动模型定位推算出推算定位信息；通过所述推算定位信息对来自所述MEMS-INS的载体定位信息进行修正，以得到修正后载体定位信息。2.如权利要求1所述的运动载体导航定位方法，其特征在于，在所述识别当前是否与所述GPS处于信号中断状态之后，所述方法还包括：如果识别出与所述GPS未处于所述信号中断状态，确定伪距差异信息为用于建立状态空间模型的观测量，以及确定误差数据为用于建立所述状态空间模型的状态量；基于所述状态量和所述观测量建立所述状态空间模型；将来自所述MEMS-INS的载体定位信息经过所述状态空间模型进行卡尔曼滤波，以得到修正后载体定位信息。3.如权利要求1或2所述的运动载体导航定位方法，其特征在于，如果所述修正后载体定位信息包括最优载体位置和最优载体速度，在所述得到修正后载体定位信息之后，所述方法还包括：如果识别出与所述GPS未处于所述信号中断状态，判断所述最优载体速度是否大于预设速度值，以及判断姿态约束的定姿误差是否小于预设角度值；如果所述最优载体速度大于所述预设速度值，且所述姿态约束的定姿误差小于所述预设角度值，基于所述最优载体速度对来自所述MEMS-INS的载体姿态信息进行修正，以得出修正后载体姿态信息；如果识别出与所述GPS处于信号中断状态，或者所述最优载体速度小于或等于预设速度值，或者所述姿态约束的定姿误差大于或等于所述预设角度值，则基于所述姿态约束对来自所述MEMS-INS的载体姿态信息进行修正，以得出所述修正后载体姿态信息。4.如权利要求3所述的运动载体导航定位方法，其特征在于，如果所述修正后载体姿态信息包括载体航向角、载体俯仰角和载体横滚角，所述基于所述最优载体速度对来自所述MEMS-INS的载体姿态信息进行修正，包括：获得所述最优载体速度中的北向速度、东向速度，将所述北向速度和所述东向速度通过如下公式得到所述载体航向角：将所述北向速度和所述东向速度，通过如下公式得到所述载体俯仰角：基于所述最优载体速度中的提升加速度矢量、水平参考矢量，通过如下公式得到所述载体横滚角：γs＝arccos((l·p)/(|l·p|)；其中，vn为所述北向速度，ve为所述东向速度，l为所述提升加速度矢量，p为所述水平参考矢量，为所述载体航向角，θs为所述载体俯仰角，γs为所述载体横滚角。5.如权利要求3所述的运动载体导航定位方法，其特征在于，如果所述修正后载体姿态信息包括载体航向角、载体俯仰角和载体横滚角，所述基于所述姿态约束对来自所述MEMS-INS的载体姿态信息进行修正，包括：基于所述载体定位信息确定出所述运动载体的当前运动状态；确定与所述当前运...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛丽，秦红磊，刘璐琦，王音心，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11