本发明专利技术属ＧＰＳ定位技术领域，具体为一种利用ＧＰＳ与ＭＥＭＳ陀螺仪、里程计的组合定位方法与装置。该装置在ＧＰＳ信号良好时利用ＧＰＳ定位信号进行定位，ＭＥＭＳ陀螺仪、里程计进行校正，采用卡尔曼滤波算法进行信号综合；当ＧＰＳ信号丢失或者接收卫星数少于３颗时，切换至ＭＥＭＳ陀螺仪、里程计定位。采用组合导航可以提高ＧＰＳ定位的精度，并弥补了ＧＰＳ在受遮挡情况下无法定位的缺陷。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于GPS定位
，具体涉及一种利用MEMS陀螺仪、里程计对GPS定位信号进行校正，并在GPS丢星状态时切换定位方式，实现不间断定位的组合定位方法与装置。
技术介绍
当前，GPS定位系统已经被广泛采用，GPS定位精度与接收到的卫星信号强度有关。在接收到超过3颗卫星信号时，定位准确；在接收到3颗卫星信号时，定位比较勉强；在接收到卫星信号少于3颗时，无法输出定位信息。由于地理环境的限制，在山岭、隧道、城市建筑群等遮挡环境中GPS接收器接收到的信号强度会大幅降低，甚至会找不到卫星信号。因此单独GPS定位系统定位精度在这种情况下会受到很大影响，需要其他定位方式进行补偿与校正。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供定位精度高，并可解决GPS在受遮挡情况下无法定位缺陷的定位方法与装置。本专利技术提出的定位方法，是一种利用GPS与MEMS陀螺仪、里程计的组合定位的方法，并采用卡尔曼滤波算法对定位数据进行最优估计。其中采用MEMS陀螺仪和里程计对GPS定位进行补偿和校正，MEMS陀螺仪相对于传统陀螺仪具有在保持精度的前提下减小尺寸、减小功耗，能够有效地解决GPS在受遮挡情况下无法定位的缺陷，切换时间小，使系统能够持续不间断定位工作；同时，在GPS信号强度正常的情况下(GPS接收卫星信号为了颗时)，利用卡尔曼滤波算法对GPS、MEMS陀螺仪、里程计信号进行综合，并进行定位计算，以提高定位精度，平滑定位曲线；在GPS信号强度不正常时(GPS接收卫星信号少于3颗时)时，切换为惯性导航推算进行定位，即利用MEMS陀螺仪和里程计进行定位。本专利技术中，卡尔曼滤波算法具体如下设状态方程为X·(t)=AX(t)+W(t)+U,---(1)]]>其中状态变量X=ene·n·e··n··ϵeϵnδθδsT,]]>e和n分别为东方向和北方向的位置， 和 分别为东方向和北方向的速度， 和 分别为东方向和北方向的加速度，εe和εn分别为各种误差源在东方向与北方向上误差的总和，δθ为MEMS陀螺的误差，δs为里程计的误差。A=02×2I2×202×202×202×202×202×2I2×202×202×202×202×2A102×202×202×202×202×2A202×202×202×202×202×2A3,---(2)]]>其中A1=-αe00-αn,]]>A2=-τe00-τn,]]>A3=-τθ00-τs,]]>I2×2为2阶单位阵，02×2为二阶零矩阵。 U＝T。在滤波器的模型假设中e··=a‾e+ae]]>n··=a‾n+an---(3)]]>此处，采用机动加速度的统计平均值来表述加速度。 (4)其中αe，αn，τe，τn，τθ，τs为相应的时间常数倒数， 分别为相应参量αe、αn、e、n、δθ、δs的零均值高斯白噪声，他们的方差分别为2αeσae2、2αnσan2(σae2，σan2为加速度的方差)、σe2、σn2、σδθ2、σδs2。将模型离散化后，建立的观测量为由GPS模块经过计算后输出的位置信息emnm，速度信息 以及MEMS陀螺输出的角度θ，里程计输出的距离s。X(k+1)＝Φ(k+1)X(k)+U(k)+W(k) (5)其中观测量 观测方程是非线性的，采用扩展卡尔曼滤波算法，将其在一步预测值处展开成泰勒级数，忽略高次项。得到离散的卡尔曼滤波器递推算法X(k)＝X·(k，k-1)+K(k){Z(k)-h} K(k)＝P((k，k-1)HT·{HP(k，k-1)·HT+R(K)}-1P(k，k-1)＝Φ(k，k-1)P(k-1)·ΦT(k，k-1)+Q(k-1)P(k)＝{I-K(k)·H}P(k，k-1)X(k，k-1)＝Φ′(k，k-1)+X(k-1) (7)其中，Φ′(k,k-1)=I2×2TI2×20.5T2I2×202×202×202×2I2×2TI2×202×202×202×202×2I2×202×202×202×202×202×2E202×202×202×202×202×2E3]]>E2=e-τeT00e-τnT,]]>E3=e-τθT00e-τsT.]]>(8)用此递推公式进行GPS加惯性导航的组合导航的定位计算。若发生GPS接收卫星数少于3颗时，停止卡尔曼滤波算法，采用如下的递推公式进行惯性导航推算；e(k)＝e(k-1)+s(k)×sinn(k)＝n(k-1)+s(k)×cos其中，β与θ均是以正北方向为0，顺时针方向为正的角度。本专利技术提出的定位装置由如下几个模块构成惯性导航模块、GPS模块、处理模块、输出模块。惯性导航模块的功能为连接MEMS陀螺仪与里程计的输出，将信号进行滤波，模数转换，采用串行通信方式定时输出至处理模块。GPS模块的功能为接收GPS卫星信号，处理后输出定位信息，采用串行通信方式定时输出至处理模块。处理模块接收GPS定位信息以及惯性导航信息，对信息进行时间校正，判定GPS信息是否可用，选择采用卡尔曼滤波算法或者惯性推算进行定位计算，并将定位计算结果输出至输出模块。输出模块根据通讯协议接收处理模块输出的定位显示信息，在可视化界面显示当前定位状态。本装置采用模块化结构，各部分设计独立，基于统一的接口协议的模块可以兼容替换，配置灵活。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用ＧＰＳ、陀螺仪、里程计的组合定位方法，其特征在于采用ＭＥＭＳ陀螺仪和里程计对ＧＰＳ定位进行补偿和校正；其中：在ＧＰＳ接收卫星信号为３颗时，ＧＰＳ信号强度正常，则利用卡尔曼滤波算法对ＧＰＳ、ＭＥＭＳ陀螺仪和里程计的信号综合进行 定位；在ＧＰＳ接收卫星信号少于３颗时，ＧＰＳ信号不正常，则切换为惯性导航推算进行定位。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陆起涌，林绿洲，王力超，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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