基于GNSS和地面基站的组合式导航精确测速定位方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于GNSS和地面基站的组合式导航精确测速定位方法及系统，步骤100、获取车辆进入盲区前的初始位置，步骤200、获得车辆坐标和航向角，在车辆驶入GNSS盲区后的第一个采样时刻，利用多重权值地图匹配算法计算得到车辆在盲区中的坐标和航向角，步骤300、获得当前车辆的速度和横摆角速度，步骤400、根据获得的车辆参数判断车辆是否在GNSS盲区中，步骤500、获取下一时刻车辆位置坐标以及航向角，本发明专利技术改进了现有的GNSS点方位角匹配算法，使用前后定位点连线与路段夹角、定位点与路段投影距离和航向角与路段夹角作为主要因素，利用GNSS浮动车数据进行轨迹修正，该算法能够在复杂路段处修正偏移的GNSS定位点并提供较高的匹配精确度。

【技术实现步骤摘要】
基于GNSS和地面基站的组合式导航精确测速定位方法及系统
本专利技术涉及导航精确测速定位领域，具体为基于GNSS和地面基站的组合式导航精确测速定位方法及系统。
技术介绍
在车辆导航定位的研究领域，国内的起步相对较晚，目前，关于车联网中车辆盲区定位的研究在国内还没有形成规模，在这个领域内的开发与研究依然还处于摸索与研究中，对其进行研究的部门基本都集中在一些科研单位以及学校，大部分的研究都还处在对于基础算法的探索上面，对于车辆盲区定位的应用一般都停留在仿真模拟阶段，还没有形成一套完整的研发与商用体系。经过近几年来科研学者们的不断努力，我国对于车辆盲区定位技术的研究已经取得了很大的进步，但同样也还存在着以下问题亟需解决：例如，申请号为201710909242.6，专利名称为一种GNSS/SINS组合导航精确测速定位方法及系统的专利技术专利：其将SINS与GNSS输出的导航数据进行融合，信号跟踪过程和数据融合是实时同步的，得到的数据每个时刻都是最准确的，充分利用SINS短期精度高，不受外界干扰和GNSS长期精度高，克服SINS长期精度低和GNSS易受干扰的缺陷，提高了测速定位的精度，解决了无实体轮轨传统列车采用传统测速方法无法精确测出列车速度的问题，对磁浮列车产业快速发展形成有力支撑，同时带动北斗卫星应用产业的发展，可推广于自动驾驶或无人驾驶等轨道交通运输。但是，现有的基于GNSS和地面基站的组合式导航精确测速定位方法及其系统存在以下缺陷：(1)现有的导航系统中，利用车辆传感器测量车辆的行驶速度和横摆角速度，然后根据积分推算得到每一时刻的车辆位置并由此得到车辆完整行驶轨迹，然后分别在简易和复杂两种场景下建立数学模型进行研究与讨论，理论分析和仿真结果显示，由于车辆传感器的参数不够精确，VSYR和INS一样存在着误差积累的问题；(2)由于现有的车辆导航定位系统之间存在着些许差别，容易导致GNSS定位点在复杂路段处容易匹配出错，造成定位精度较差，实用性不强。
技术实现思路
为了克服现有技术方案的不足，本专利技术提供基于GNSS和地面基站的组合式导航精确测速定位方法及系统，能有效的解决
技术介绍
提出的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于GNSS和地面基站的组合式导航精确测速定位方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤100、获取车辆进入盲区前的初始位置，利用匹配技术修正定位点参数信息，并利用地图匹配修正后的定位点信息反向修正定位点传感器的参数，得到整个定位领域的定位参数；步骤200、获得车辆坐标和航向角，在车辆驶入GNSS盲区后的第一个采样时刻，利用多重权值地图匹配算法计算得到车辆在盲区中的坐标和航向角，建立三维坐标系；步骤300、获得当前车辆的速度和横摆角速度，通过车载速度传感器测得当前的车辆速度，通过当前车辆横摆角速度传感器测得车辆横摆角速度；步骤400、根据获得的车辆参数判断车辆是否在GNSS盲区中，利用基于地图匹配算法的VSYR参数修正算法，对车辆传感器的参数误差进行修正，得到精确的定位参数；步骤500、获取下一时刻车辆位置坐标以及航向角，通过复杂场景下的VSYR盲区定位算法，求得下一采样时刻的车辆位置坐标以及车辆的航向角。进一步地，所述步骤100中，还包括：首先，在车辆进入盲区前，使用GNSS测量得到最后时刻的车辆位置A点(xA，yA)，设A点位初始位置，使用GNSS测量得到在A点的车辆航向角ψA；然后，通过车辆速度传感器测得车辆在A点的行驶速度vA，通过横摆角速度传感器测得车辆在A点的横摆角速度ΦA；最后，设定车辆定位采样时间T，车辆驶入GNSS盲区M，通过以下公式：xB＝xA+vA*T*sinΦAyB＝yA+vA*T*cosΦAψB＝ψA+ΦA*T获得车辆驶入盲区M后的第一个采样时刻B点的位置坐标(xB，yB)，并通过车辆速度传感器测得车辆在B点的速度vB，通过横摆角速度传感器测得车辆的横摆角速度ΦB。进一步地，所述步骤200中：根据步骤100中前一采样时刻的的车辆位置坐标Pi(xi，yi)，行驶速度vi车辆的横摆角速度Φi以及航向角ψi，可以求得下一时刻的车辆位置坐标Pi+1(xi+1，yi+1)，以及航向角ψi+1：xi+1＝xi+vi*T*sinψiyi+1＝yi+vi*T*cosψiψi+1＝ψi+Φi*T以此类推，可以依次求得每个采样时刻的车辆位置坐标，从而获得GNSS盲区中车辆的完整行驶轨迹。进一步地，所述步骤300中设置有匹配拟合算法，通过对该算法的修正对速度传感器误差以及横摆角速度传感器误差进行修正：首先，从车辆定位模块得到5个定位点，坐标分别为(xi，yi)，i＝1，2，3，4，5，根据这些定位点作拟合曲线，拟合曲线如下：其中，k表示拟合直线的斜率，可以大概反映出当前车辆行驶的航向角；其次，以道路层的空间拓扑关系确定待匹配路段的区域，使用车辆的历史轨迹实时地对电子地图中的路段信息进行模式识别。进一步地，所述步骤400还包括：首先，车辆驶入GNSS盲区前，使用GNSS获得最后时刻的车辆位置P0(x0，y0)，将P0作为初始位置，通过车辆速度传感器测得当前的瞬时速度K0v0+δk，通过车辆横摆角速度传感器测得当前的横摆角速度Kgw0+δg；其次，在车辆驶入GNSS盲区中，设定车辆定位采样时间T，在第一个采样时刻，通过VSYR方法得到车辆的位置P1(x1，y1)，通过VSYR方法得到车辆转过的角度θ0；再者，用地图匹配算法将P1点修正至车辆实际路段上，得到地图匹配修正后的车辆定位点坐标P1(x1，y1)，通过电子地图得到车辆转过的角度θ0；再使用VSYR方法计算得到车辆从P0点到P1点之间行驶过的距离S0，通过车辆速度传感器测得P1点处的瞬时速度K0v0+δk，通过车辆横摆角速度传感器测得P1点处的横摆角速度Kgw0+δg；最后，通过计算得到修正后的车辆速度传感器参数K0，通过修正公式计算得到修正后的车辆横摆角速度传感器参数Kg。进一步地，所述步骤500中还包括：利用地图匹配修正了车辆速度传感器和横摆角速度传感器的参数，并分别使用地图匹配修正后的VSYR方法和SINS得到的复杂场景下的车辆行驶轨迹。进一步地，所述步骤500中利用基于多权重值的地图匹配算法对每条待匹配路段进行评判，通过每条路段的多权重值的大小选择出匹配度最高的路段。另外本专利技术还提供了一种用于权利要求1所述方法的组合式导航精确测速定位系统，其特征在于：包括射频前端、基带处理器、导航解算单元和INS处理模块；所述射频前端的信号端接收无线天线的射频信号，所述射频前端的输出端输出基带信号到基带处理器上；所述基带处理器的信号端交互连接数据库，所述基带处理器的输出端与导航解算单元交互连接；所述导航解算单元的输出端连接有组合导航滤波器，所述组合导航滤波器的输出端与INS处理模块相连接，所述INS处理模块的信号端接收IMU模块的频率信号。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的基于GNSS和地面基站的组合式导航精确测速定位系统，通过VSYR进行定位，然后通过地图匹配修正VSYR的定位点，通过两种定位方式之间的里程差值修正车辆速度传感器的参数，通过两种定位方式之间的航向角差值修正车辆横摆角速度的参数，可以有效缓解VSYR方法的误本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于GNSS和地面基站的组合式导航精确测速定位方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤100、获取车辆进入盲区前的初始位置，利用匹配技术修正定位点参数信息，并利用地图匹配修正后的定位点信息反向修正定位点传感器的参数，得到整个定位领域的定位参数；步骤200、获得车辆坐标和航向角，在车辆驶入GNSS盲区后的第一个采样时刻，利用多重权值地图匹配算法计算得到车辆在盲区中的坐标和航向角，建立三维坐标系；步骤300、获得当前车辆的速度和横摆角速度，通过车载速度传感器测得当前的车辆速度，通过当前车辆横摆角速度传感器测得车辆横摆角速度；步骤400、根据获得的车辆参数判断车辆是否在GNSS盲区中，利用基于地图匹配算法的VSYR参数修正算法，对车辆传感器的参数误差进行修正，得到精确的定位参数；步骤500、获取下一时刻车辆位置坐标以及航向角，通过复杂场景下的VSYR盲区定位算法，求得下一采样时刻的车辆位置坐标以及车辆的航向角。

【技术特征摘要】
1.基于GNSS和地面基站的组合式导航精确测速定位方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤100、获取车辆进入盲区前的初始位置，利用匹配技术修正定位点参数信息，并利用地图匹配修正后的定位点信息反向修正定位点传感器的参数，得到整个定位领域的定位参数；步骤200、获得车辆坐标和航向角，在车辆驶入GNSS盲区后的第一个采样时刻，利用多重权值地图匹配算法计算得到车辆在盲区中的坐标和航向角，建立三维坐标系；步骤300、获得当前车辆的速度和横摆角速度，通过车载速度传感器测得当前的车辆速度，通过当前车辆横摆角速度传感器测得车辆横摆角速度；步骤400、根据获得的车辆参数判断车辆是否在GNSS盲区中，利用基于地图匹配算法的VSYR参数修正算法，对车辆传感器的参数误差进行修正，得到精确的定位参数；步骤500、获取下一时刻车辆位置坐标以及航向角，通过复杂场景下的VSYR盲区定位算法，求得下一采样时刻的车辆位置坐标以及车辆的航向角。2.根据权利要求1所述的基于GNSS和地面基站的组合式导航精确测速定位方法，其特征在于：所述步骤100中，还包括：首先，在车辆进入盲区前，使用GNSS测量得到最后时刻的车辆位置A点(xA，yA)，设A点位初始位置，使用GNSS测量得到在A点的车辆航向角ψA；然后，通过车辆速度传感器测得车辆在A点的行驶速度vA，通过横摆角速度传感器测得车辆在A点的横摆角速度ΦA；最后，设定车辆定位采样时间T，车辆驶入GNSS盲区M，通过以下公式：xB＝xA+vA*T*sinΦAyB＝yA+vA*T*cosΦAψB＝ΨA+ΦA*T获得车辆驶入盲区M后的第一个采样时刻B点的位置坐标(xB，yB)，并通过车辆速度传感器测得车辆在B点的速度vB，通过横摆角速度传感器测得车辆的横摆角速度ΦB。3.根据权利要求1所述的基于GNSS和地面基站的组合式导航精确测速定位方法，其特征在于：所述步骤200中：根据步骤100中前一采样时刻的的车辆位置坐标Pi(xi，yi)，行驶速度vi车辆的横摆角速度Φi以及航向角ψi，可以求得下一时刻的车辆位置坐标Pi+1(xi+1，yi+1)，以及航向角ψi+1：xi+1＝xi+vi*T*sinψiyi+1＝yi+vi*T*cosψiψi+1＝Ψi+Φi*T以此类推，可以依次求得每个采样时刻的车辆位置坐标，从而获得GNSS盲区中车辆的完整行驶轨迹。4.根据权利要求1所述的基于GNSS和地面基站的组合式导航精确测速定位方法，其特征在于：所述步骤300中设置有匹配拟合算法，通过对该算法的修正对速度传感器误差以及横摆角速度传感器误差进行修...

【专利技术属性】
技术研发人员：项霞，杨正丽，白晓明，张小波，周远光，王辉，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51