一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及导航技术领域，公开了一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航方法及系统，该方法包括：通过全球定位系统获取车辆的姿态信息；通过安装在车辆上的惯性测量单元获取所述车辆的行走信息；对所述姿态信息和所述行走信息进行扩展卡尔曼粒子滤波处理；计算得到所述车辆的位置信息，通过所述位置信息对所述车辆进行导航，通过车辆内的全球定位系统和惯性测量单元采集车辆的姿态信息和行走信息，并通过扩展卡尔曼粒子滤波来构造粒子的建议分布函数，实时融入最新观测值，提高了车辆位置信息的精确度和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航方法及系统
本专利技术涉及导航
，尤其涉及一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航方法及系统。
技术介绍
全球定位系统(GPS，GlobalPositioningSystem)是一种星基无线电导航系统，能够提供精确的三维位置、三维速度以及时间信息，但是在动态环境中具有可靠性低、易受干扰等缺点；惯性测量单元(IMU，Inertialmeasurementunit)具有自主、机动灵活和能够提供多种导航参数的优点，缺点是误差会随着时间迅速累计增长；对GPS和IMU的测量数据进行数据融合滤波时常用的算法有卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波和粒子滤波等。CN105588566A公开了一种基于蓝牙与MEMS融合的室内定位系统及方法，这篇专利是利用蓝牙与惯性测量相结合只能运用于室内而不能在室外空旷的范围内适用。CN104408315A公开了一种基于SINS/GPS组合导航的卡尔曼滤波数值优化方法，这篇专利运用的是卡尔曼滤波方法，卡尔曼的模型适用于线性，而实际模型是非线性非高斯。由于粒子滤波不受非线性、非高斯问题的限制，适用于任何状态模型和测量模型，但是经典的粒子滤波存在一个主要问题是退化现象，在状态转移时没有包含最新的观测信息，随着时间的递增，最后粒子的权重只聚集到少数粒子上，其余的粒子只有微小的归一化权重，导致粒子集无法表达实际的后验概率分布。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提出一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航方法及系统，能够通过车辆内的全球定位系统和惯性测量单元采集车辆的姿态信息和行走信息，并通过扩展卡尔曼粒子滤波来构造粒子的建议分布函数，实时融入最新观测值，提高了车辆位置信息的精确度和稳定性。为实现上述目的，本专利技术提供的一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航方法，包括：通过全球定位系统获取车辆的姿态信息；通过安装在车辆上的惯性测量单元获取所述车辆的行走信息；对所述姿态信息和所述行走信息进行扩展卡尔曼粒子滤波处理；计算得到所述车辆的位置信息，通过所述位置信息对所述车辆进行导航。可选地，所述姿态信息包括：经度、维度、高度、时间和三轴速度。可选地，所述惯性测量单元包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，所述行走信息包括由所述三轴加速度计测量得到的三轴比力信息和由所述三轴陀螺仪测量得到的三轴角速度。可选地，所述对所述姿态信息和所述行走信息进行扩展卡尔曼粒子滤波处理包括：根据已知的概率密度函数进行滤波初始化；用扩展卡尔曼滤波算法更新采样粒子；进行重要性采样和重要性权值计算；根据所述重要性权值重新采样，重新分配权值，输出状态估计函数。可选地，所述对所述姿态信息和所述行走信息进行扩展卡尔曼粒子滤波处理之前还包括：对所述行走信息进行补偿；对补偿后的行走信息进行姿态解算，所述姿态解算包括：姿态更新、比力坐标转换和四元数更新；建立状态方程；建立观测方程。作为本专利技术的另一方面，提供的一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航系统，包括：第一获取模块，用于通过全球定位系统获取车辆的姿态信息；第二获取模块，用于通过安装在车辆上的惯性测量单元获取所述车辆的行走信息；滤波处理模块，用于对所述姿态信息和所述行走信息进行扩展卡尔曼粒子滤波处理；导航模块，用于计算得到所述车辆的位置信息，通过所述位置信息对所述车辆进行导航。可选地，所述姿态信息包括：经度、维度、高度、时间和三轴速度。可选地，所述惯性测量单元包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，所述行走信息包括由所述三轴加速度计测量得到的三轴比力信息和由所述三轴陀螺仪测量得到的三轴角速度。可选地，所述滤波处理模块包括：初始化单元，用于根据已知的概率密度函数进行滤波初始化；更新单元，用于用扩展卡尔曼滤波算法更新采样粒子；采样计算单元，用于进行重要性采样和重要性权值计算；重采样单元，用于根据所述重要性权值重新采样，重新分配权值，输出状态估计函数。可选地，还包括：补偿模块，用于对所述行走信息进行补偿；姿态解算模块，用于对补偿后的行走信息进行姿态解算，所述姿态解算包括：姿态更新、比力坐标转换和四元数更新；状态方程建立模块，用于建立状态方程；观测方程建立模块，用于建立观测方程。本专利技术提出的一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航方法及系统，该方法包括：通过全球定位系统获取车辆的姿态信息；通过安装在车辆上的惯性测量单元获取所述车辆的行走信息；对所述姿态信息和所述行走信息进行扩展卡尔曼粒子滤波处理；计算得到所述车辆的位置信息，通过所述位置信息对所述车辆进行导航，通过车辆内的全球定位系统和惯性测量单元采集车辆的姿态信息和行走信息，并通过扩展卡尔曼粒子滤波来构造粒子的建议分布函数，实时融入最新观测值，提高了车辆位置信息的精确度和稳定性。附图说明图1为本专利技术实施例一提供的一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航方法流程图；图2为本专利技术实施例一提供的另一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航方法流程图；图3为图1中步骤S30的具体方法流程图；图4为本专利技术实施例二提供的一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航示范性结构框图；图5为本专利技术实施例二提供的另一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航示范性结构框图；图6为图4中滤波处理模块示范性结构框图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本专利技术的说明，其本身并没有特定的意义。因此，"模块"与"部件"可以混合地使用。实施例一如图1所示，在本实施例中，一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航方法，包括：S10、通过全球定位系统获取车辆的姿态信息；S20、通过安装在车辆上的惯性测量单元获取所述车辆的行走信息；S30、对所述姿态信息和所述行走信息进行扩展卡尔曼粒子滤波处理；S40、计算得到所述车辆的位置信息，通过所述位置信息对所述车辆进行导航。在本实施例中，通过车辆内的全球定位系统GPS和惯性测量单元IMU采集车辆的姿态信息和行走信息，并通过扩展卡尔曼粒子滤波来构造粒子的建议分布函数，实时融入最新观测值，提高了车辆位置信息的精确度和稳定性。在本实施例中，该导航方法适用于室外导航，所述车辆包括：小型汽车、智能小车等，所述车辆上设置有用于安装全球定位系统的载体，如：PDA、车载导航、手机、笔记本电脑、MP4及数码相机等。在本实施例中，所述姿态信息包括：经度、维度、高度、时间和三轴速度。在本实施例中，所述惯性测量单元包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，所述行走信息包括由所述三轴加速度计测量得到的三轴比力信息和由所述三轴陀螺仪测量得到的三轴角速度，其中，三轴加速度计相互垂直安装，通过测量到的比力信息可以计算得到运动加速度；而通过三轴陀螺仪测量到的三轴角速度可以判别车辆的运动状态。如图2所示，在本实施例中，所述步骤S30之前还包括：S21、对所述行走信息进行补偿；S22、对补偿后的行走信息进行姿态解算，所述姿态解算包括：姿态更新、比力坐标转换和四元数更新；其中所述比力坐标转换是指将载体坐标转换到东北天坐标系，在东北天坐标系中，以X轴表示东，以Y轴表示北，以Z轴表示天；S23、建立状态方程：将状态量表示为：其中，vevnvu表示载体东北天速度，λh表示经度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航方法，其特征在于，包括：通过全球定位系统获取车辆的姿态信息；通过安装在车辆上的惯性测量单元获取所述车辆的行走信息；对所述姿态信息和所述行走信息进行扩展卡尔曼粒子滤波处理；计算得到所述车辆的位置信息，通过所述位置信息对所述车辆进行导航。

【技术特征摘要】
1.一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航方法，其特征在于，包括：通过全球定位系统获取车辆的姿态信息；通过安装在车辆上的惯性测量单元获取所述车辆的行走信息；对所述姿态信息和所述行走信息进行扩展卡尔曼粒子滤波处理；计算得到所述车辆的位置信息，通过所述位置信息对所述车辆进行导航。2.根据权利要求1所述的一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航方法，其特征在于，所述姿态信息包括：经度、维度、高度、时间和三轴速度。3.根据权利要求2所述的一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航方法，其特征在于，所述惯性测量单元包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，所述行走信息包括由所述三轴加速度计测量得到的三轴比力信息和由所述三轴陀螺仪测量得到的三轴角速度。4.根据权利要求3所述的一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航方法，其特征在于，所述对所述姿态信息和所述行走信息进行扩展卡尔曼粒子滤波处理包括：根据已知的概率密度函数进行滤波初始化；用扩展卡尔曼滤波算法更新采样粒子；进行重要性采样和重要性权值计算；根据所述重要性权值重新采样，重新分配权值，输出状态估计函数。5.根据权利要求3所述的一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航方法，其特征在于，所述对所述姿态信息和所述行走信息进行扩展卡尔曼粒子滤波处理之前还包括：对所述行走信息进行补偿；对补偿后的行走信息进行姿态解算，所述姿态解算包括：姿态更新、比力坐标转换和四元数更新；建立状态方程；建立观测方程。6.一种基于扩展卡尔曼粒子滤波的导航系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜丽丽，陈剑，陈露，温从标，唐豪杰，朱昕毅，梅涛，
申请(专利权)人：安科智慧城市技术中国有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44