一种自适应车载组合导航定位方法技术

本发明专利技术公开了一种自适应车载组合导航定位方法，该方法将卫星定位系统和捷联惯导系统进行多传感器信息融合，在标准组合导航系统的基础上，根据卫星定位质量等因素构建调节因子，对系统观测噪声阵进行实时自适应调节，即构造自适应的GPS/INS卡尔曼滤波算法，从而可以在任何复杂环境下，能够获得高精度车辆的位置、速度、姿态、加速度和角速度等信息，本发明专利技术专利实时性高，鲁棒性好。

【技术实现步骤摘要】
一种自适应车载组合导航定位方法
本专利技术涉及汽车导航
，具体为一种自适应车载组合导航定位方法。
技术介绍
卫星导航是当前应用最广泛的定位技术，定位和测速精度较高，且长时间工作稳定性好。但是，在许多复杂环境下(高架下、隧道、车库)，卫星定位常常存在多路径效应干扰、卫星信号被遮挡或失锁的问题，甚至不能定位或定位误差大等问题，从而无法工作。捷联惯导系统，简称惯导，是一种完全自主导航系统，他可以连续提供载体的位置、速度、姿态、加速度和角速度等信息，短时间内稳定性好，使用方便，成本低廉。基于上述分析，采用卡尔曼滤波技术可以把卫星定位和惯导定位进行信息融合，获得各种环境下的车辆位置信息、速度信息等，从而可以实现高性能的导航定位，但是，大量研究表明，低成本组合导航系统中，卫星接收机会受到建筑物、云层以及电磁的干扰，导致量测噪声经常发生变化，所以，必须利用实时测量信息对组合导航系统进行实时纠正，但是，常用自适应组合导航滤波算法往往利用新息进行结算，计算量大，很难保证实时性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种自适应车载组合导航定位方法，通过自适应组合导航算法将惯性导航测量数据和卫星导航测量数据进行自适应数据融合修正，计算量小，可以实时获得车辆定位信息。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种自适应车载组合导航定位方法，提供一车载导航系统，所述车载导航系统包括，卫星导航接收模块，用于接收GPS卫星发射信号并对所述GPS卫星发射信号进行处理生成GPS导航数据；捷联惯性导航模块，包含若干MEMS传感器，所述捷联惯性导航模块用于获取MEMS传感器的测量信息并进行处理生成惯性导航数据；所述组合导航定位方法包括，步骤S1、获取所述卫星导航接收模块的GPS导航数据和所述捷联惯性导航模块的惯性导航数据并依据所述GPS导航数据和所述惯性导航数据设定初始测量误差；步骤S2、构建卡尔曼滤波算法，依据所述初始测量误差设定所述卡尔曼滤波算法的状态变量和量测变量，并依据所述初始测量误差计算出系统噪声方差和量测噪声方差；步骤S3、构建自适应调节因子，所述自适应调节因子包括精度调节因子和方向调节因子，所述精度调节因子根据GPS导航数据进行构建，所述方向调节因子根据GPS导航数据和所述惯性导航数据进行构建；并依据所述量测噪声方差和所述自适应调节因子构建量测噪声协方差；步骤S4、进行所述卡尔曼滤波算法的时间更新解算并将量测噪声协方差代入至卡尔曼滤波算法的时间更新解算过程中计算出状态变量的最优估计值；步骤S5、所述车载导航系统依据计算出的状态变量的所述最优估计值对惯性导航数据进行修正计算，并输出优化定位信息。优选的，所述GPS导航数据包括车辆位置信息一、速度信息一、方向信息一、加速度信息一和角速度信息一，所述惯性导航数据包括车辆位置信息二、速度信息二、方向信息二、加速度信息二和角速度信息二，所述优化定位信息包括估计车辆位置信息、估计速度信息、估计方向信息、估计加速度信息和估计角速度信息。优选的，所述车辆位置信息一包括经度信息一、纬度信息一和高度信息一，所述速度信息一包括经度速度一、纬度速度一和高度速度一，所述方向信息一包括第一俯仰值、第一横滚值和第一航向值，所述加速度信息一包括X轴加速度一、Y轴加速度一和Z轴加速度一，所述角速度信息一包括X轴角速度一、Y轴角速度一和Z轴角速度一；所述车辆位置信息二包括经度信息二、纬度信息二和高度信息二，所述速度信息二包括经度速度二、纬度速度二和第二高度速度，所述方向信息二包括第二俯仰值、第二横滚值和第二航向值，所述加速度信息二包括X轴加速度二、Y轴加速度二和Z轴加速度二，所述角速度信息二包括X轴角速度二、Y轴角速度二和Z轴角速度二。优选的，所述步骤S2中的状态变量设定为所述步骤S2中的量测变量设定为其中，δLδλδh为位置误差，δvEδvNδvU为速度误差，δφEδφNδφU为方向误差，εxεyεz为加速度误差，ΔxΔyΔz为加速度误差，为经度位置误差，为纬度位置误差，为高度位置误差，为经度速度误差，为纬度速度误差，为高度速度误差。优选的，在所述步骤S2中，系统噪声方差为：其中，为位置系统噪声方差，为速度系统噪声方差，为姿态系统噪声方差，为陀螺仪漂移系统噪声方差，为加速度计漂移系统噪声方差。量测噪声方差为：其中，RL、Rλ和Rh分别是经度、纬度、高度的测量噪声方差，RE、RN、RU分别是东向速度、北向速度、天向速度的测量噪声方差优选的，在所述步骤S3中，精度调节因子根据当前GPS导航数据中的位置定位误差进行构建，所述精度调节因子为：其中，elat-k为当前GPS导航数据纬度误差，elon-k为当前GPS导航数据经度误差，epk为GPS导航数据经纬度误差的均方根误差；epmin为从零时刻到达时刻k时间段内所有epk的最小值，λep和μep为比例系数，Gpk为精度调节因子。在所述步骤S3中，根据GPS导航数据中的方向信息一和惯性导航数据中的方向信息二构建方向调节因子，所述方向调节因子为：ehk＝|headinggps-headingins|其中，headinggps为当前卫星定位提供方向，headingins为当前惯性导航提供方向，ehk为时刻k的两者方向误差的绝对值；ehΔ为方向误差的第一阈值，取值为5度，μhp为比例系数，取值100，Ghk为方向调节因子。优选的，在所述步骤S3中，自适应调节因子为：在所述步骤S3中，量测噪声协方差为：其中，Gek为自适应调节因子，Rk为系统量测噪声方差，Bk为量测噪声协方差。优选的，在所述步骤S2中构建卡尔曼滤波算法包括建立离散化的卡尔曼滤波方程：Xk＝Φk,k-1Xk-1+Γk-1Wk-1Zk＝HkXk+Vk其中，k为车载导航系统滤波解算的时刻，Xk为k时刻的状态变量，Zk为k时刻的测量变量，Φk,k-1为k－1到k时刻的状态转移矩阵；Wk-1为k－1时刻的系统噪声；Γk-1为系统噪声矩阵，Hk为k时刻的量测矩阵；Vk为k时刻的量测噪声。优选的，Φ状态转移矩阵为15＊15矩阵，其中，非零元素如下，其中，第一数字为行，第二个数字为列：Φ(3,6)＝1Φ(4,8)＝-fUΦ(4,9)＝fNΦ(5,7)＝fUΦ(5,9)＝-fEΦ(6,1)＝-2VEωiesinLΦ(6,8)＝-fNΦ(6,9)＝fE...

【技术保护点】
1.一种自适应车载组合导航定位方法，其特征在于，提供一车载导航系统，所述车载导航系统包括，/n卫星导航接收模块，用于接收GPS卫星发射信号并对所述GPS卫星发射信号进行处理生成GPS导航数据；/n捷联惯性导航模块，包含若干MEMS传感器，所述捷联惯性导航模块用于获取MEMS传感器的测量信息并进行处理生成惯性导航数据；/n所述组合导航定位方法包括，/n步骤S1、获取所述卫星导航接收模块的GPS导航数据和所述捷联惯性导航模块的惯性导航数据并依据所述GPS导航数据和所述惯性导航数据设定初始测量误差；/n步骤S2、构建卡尔曼滤波算法，依据所述初始测量误差设定所述卡尔曼滤波算法的状态变量和量测变量，并依据所述初始测量误差计算出系统噪声方差和量测噪声方差；/n步骤S3、构建自适应调节因子，所述自适应调节因子包括精度调节因子和方向调节因子，所述精度调节因子根据GPS导航数据进行构建，所述方向调节因子根据GPS导航数据和所述惯性导航数据进行构建；并依据所述量测噪声方差和所述自适应调节因子构建量测噪声协方差；/n步骤S4、进行所述卡尔曼滤波算法的时间更新解算并将量测噪声协方差代入至卡尔曼滤波算法的时间更新解算过程中计算出状态变量的最优估计值；/n步骤S5、所述车载导航系统依据计算出的状态变量的所述最优估计值对惯性导航数据进行修正计算，并输出优化定位信息。/n...

【技术特征摘要】
1.一种自适应车载组合导航定位方法，其特征在于，提供一车载导航系统，所述车载导航系统包括，
卫星导航接收模块，用于接收GPS卫星发射信号并对所述GPS卫星发射信号进行处理生成GPS导航数据；
捷联惯性导航模块，包含若干MEMS传感器，所述捷联惯性导航模块用于获取MEMS传感器的测量信息并进行处理生成惯性导航数据；
所述组合导航定位方法包括，
步骤S1、获取所述卫星导航接收模块的GPS导航数据和所述捷联惯性导航模块的惯性导航数据并依据所述GPS导航数据和所述惯性导航数据设定初始测量误差；
步骤S2、构建卡尔曼滤波算法，依据所述初始测量误差设定所述卡尔曼滤波算法的状态变量和量测变量，并依据所述初始测量误差计算出系统噪声方差和量测噪声方差；
步骤S3、构建自适应调节因子，所述自适应调节因子包括精度调节因子和方向调节因子，所述精度调节因子根据GPS导航数据进行构建，所述方向调节因子根据GPS导航数据和所述惯性导航数据进行构建；并依据所述量测噪声方差和所述自适应调节因子构建量测噪声协方差；
步骤S4、进行所述卡尔曼滤波算法的时间更新解算并将量测噪声协方差代入至卡尔曼滤波算法的时间更新解算过程中计算出状态变量的最优估计值；
步骤S5、所述车载导航系统依据计算出的状态变量的所述最优估计值对惯性导航数据进行修正计算，并输出优化定位信息。


2.根据权利要求1所述的一种自适应车载组合导航定位方法，其特征在于，所述GPS导航数据包括车辆位置信息一、速度信息一、方向信息一、加速度信息一和角速度信息一，所述惯性导航数据包括车辆位置信息二、速度信息二、方向信息二、加速度信息二和角速度信息二，所述优化定位信息包括估计车辆位置信息、估计速度信息、估计方向信息、估计加速度信息和估计角速度信息。


3.根据权利要求2所述的一种自适应车载组合导航定位方法，其特征在于，所述车辆位置信息一包括经度信息一、纬度信息一和高度信息一，所述速度信息一包括经度速度一、纬度速度一和高度速度一，所述方向信息一包括第一俯仰值、第一横滚值和第一航向值，所述加速度信息一包括X轴加速度一、Y轴加速度一和Z轴加速度一，所述角速度信息一包括X轴角速度一、Y轴角速度一和Z轴角速度一；
所述车辆位置信息二包括经度信息二、纬度信息二和高度信息二，所述速度信息二包括经度速度二、纬度速度二和第二高度速度，所述方向信息二包括第二俯仰值、第二横滚值和第二航向值，所述加速度信息二包括X轴加速度二、Y轴加速度二和Z轴加速度二，所述角速度信息二包括X轴角速度二、Y轴角速度二和Z轴角速度二。


4.根据权利要求3所述的一种自适应车载组合导航定位方法，其特征在于，所述步骤S2中的状态变量设定为
X＝[δLδλδhδvEδvNδvUδφpδφrδφyεxεyεzΔxΔyΔz]
所述步骤S2中的量测变量设定为



其中，δLδλδh为位置误差，δvEδvNδvU为速度误差，δφEδφNδφU为方向误差，εxεyεz为加速度误差，ΔxΔyΔz为加速度误差，为经度位置误差，为纬度位置误差，为高度位置误差，为经度速度误差，为纬度速度误差，为高度速度误差。


5.根据权利要求4所述的一种自适应车载组合导航定位方法，其特征在于，在所述步骤S2中，系统噪声方差为：



其中，为位置系统噪声方差，为速度系统噪声方差，为姿态系统噪声方差，为陀螺仪漂移系统噪声方差，为加速度计漂移系统噪声方差。
量测噪声方差为：
R＝{RLRλRhRERNRU}
其中，RL、Rλ和Rh分别是经度、纬度、高度的测量噪声方差，RE、RN、RU分别是东向速度、北向速度、天向速度的测量噪声方差。


6.根据权利要求5所述的一种自适应车载组合导航定位方法，其特征在于，在所述步骤S3中，精度调节因子根据当前GPS导航数据中的位置定位误差进行构建，所述精度调节因子为：









其中，elat-k为当前GPS导航数据纬度误差，elon-k为当前GPS导航数据经度误差，epk为GPS导航数据经纬度误差的均方根误差；epmin为从零时刻到达时刻k时间段内所有epk的最小值，λep和μep均为比例系数，λep取值范围为2-10，μep取值范围为100-500，Gpk为精度调节因子。
在所述步骤S3中，根据GPS导航数据中的方向信息一和惯性导航数据中的方向信息二构建方向调节因子，所述方向调节因子为：



ehk＝|headinggps-headingins|
其中，hea...

【专利技术属性】
技术研发人员：高同跃，
申请(专利权)人：苏州华米导航科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32