一种基于多传感器数据融合的定位装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于多传感器数据融合的定位装置及方法。所述装置包括：中央处理单元，以及与中央处理单元联接的GPS传感器、北斗传感器、惯导传感器和GIS地图，GPS传感器和北斗传感器分别用于输出基于GPS卫星信号和北斗卫星信号解算出的位置信息，惯导传感器用于输出基于陀螺仪和加速度计的测量数据解算出的惯性参考坐标系中的位置信息，GIS地图用于通过地图匹配得到地理位置信息。本发明专利技术通过对多种传感器的输出数据进行融合，取长补短，实现了有信号遮挡的复杂环境下的定位，解决了现有基于卫星定位技术的RTK设备存在的在城市中的高大建筑物、立交桥、地铁、树林等复杂环境中经常受到干扰，很难精准定位等问题。很难精准定位等问题。很难精准定位等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多传感器数据融合的定位装置及方法


[0001]本专利技术属于定位
，具体涉及一种基于多传感器数据融合的定位装置及方法。

技术介绍

[0002]随着卫星定位技术的发展，GPS、北斗等卫星定位设备的定位精度越来越高，其应用也越来越广泛。比如，燃气管道日常巡检、应急抢修、管网改造及施工配合等管网运维管理越来越多地需要利用卫星进行精准定位，定位精度在厘米级以内。然而，在卫星信号接收受限的复杂环境中，作为主要信息源的全球卫星导航系统往往会由于建筑物等干扰而受到严重的遮挡、非视距、多路径效应影响，从而导致定位精度降低、难以保证管线准确、连续、稳定定位。
[0003]现有燃气管道日常运维管理所用的精准定位设备是基于卫星定位技术的RTK(Real
‑
time kinematic，实时差分定位)设备，接收机只有接收到四颗或者四颗以上的卫星才可以实现单点定位。但在一些复杂环境中，在人口密集的城市，卫星信号被高层建筑、大桥、树林、电塔等遮挡或多次折射，接收不到足够且正确的卫星信号来进行解算，从而导致卫星定位设备无法准确定位到当前位置信息。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种基于多传感器数据融合的定位装置及方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种基于多传感器数据融合的定位装置，包括：中央处理单元，以及与中央处理单元联接的GPS传感器、北斗传感器、惯导传感器和GIS地图，GPS传感器和北斗传感器分别用于输出基于GPS卫星信号和北斗卫星信号解算出的位置信息，惯导传感器用于输出基于陀螺仪和加速度计的测量数据解算出的惯性参考坐标系中的位置信息，GIS地图用于通过地图匹配得到地理位置信息，中央处理单元主要用于通过对各种传感器输出信号进行数据融合得到位置信息。
[0007]进一步地，所述装置利用扩展卡尔曼滤波器对多传感器数据进行组合滤波，从而实现多传感器数据融合，所述扩展卡尔曼滤波器由多级子滤波器和一级主滤波器组成，每个子滤波器分别对两种传感器观测数据进行滤波，主滤波器对多级子滤波器的输出进行加权求均值，各子滤波器对应的加权系数与各子滤波器的信息量正相关，所述信息量与状态方程中过程噪声的协方差成反比。
[0008]更进一步地，所述装置利用GPS传感器或北斗传感器仅存的两颗或者三颗可见卫星的伪距和伪距率参与组合滤波，对惯导传感器输出的位置信息进行校正，实现信号遮挡情况下的定位。
[0009]进一步地，所述装置通过剔除不可见卫星提高抗欺骗性干扰能力，方法如下：
[0010]利用存储的历书提供卫星的位置和惯导传感器所提供的位置，计算出每颗卫星的仰角，根据所述仰角判断当前卫星是否在水平面以上；若不在，则认为不是实际的可见星，不予捕获。
[0011]进一步地，所述装置采用GPS、北斗双系统差分算法解算位置信息。
[0012]进一步地，所述装置通过在GPS传感器和北斗传感器的射频前端设置扼流圈天线或烽火轮技术天线，提高抗多路径干扰能力。
[0013]第二方面，本专利技术提供一种利用所述装置进行定位的方法，包括以下步骤：
[0014]中央处理单元实时获取GPS传感器的输出数据；
[0015]中央处理单元实时获取北斗传感器的输出数据；
[0016]中央处理单元实时获取惯导传感器的输出数据；
[0017]中央处理单元实时获取GIS地图的输出数据，并通过地图匹配得到地理位置信息；
[0018]中央处理单元对各传感器的输出数据进行融合，得到所述装置的位置信息。
[0019]进一步地，所述方法利用扩展卡尔曼滤波器对多传感器数据进行组合滤波，从而实现多传感器数据融合，所述扩展卡尔曼滤波器由多级子滤波器和一级主滤波器组成，每个子滤波器分别对两种传感器观测数据进行滤波，主滤波器对多级子滤波器的输出进行加权求均值，各子滤波器对应的加权系数与各子滤波器的信息量正相关，所述信息量与状态方程中过程噪声的协方差成反比。
[0020]进一步地，所述方法利用GPS传感器或北斗传感器仅存的两颗或者三颗可见卫星的伪距和伪距率参与组合滤波，对惯导传感器输出的位置信息进行校正，实现信号遮挡情况下的定位。
[0021]进一步地，所述方法通过剔除不可见卫星提高抗欺骗性干扰能力，方法如下：
[0022]利用存储的历书提供卫星的位置和惯导传感器所提供的位置，计算出每颗卫星的仰角，根据所述仰角判断当前卫星是否在水平面以上；若不在，则认为不是实际的可见星，不予捕获。
[0023]进一步地，所述方法采用GPS、北斗双系统差分算法解算位置信息。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果。
[0025]本专利技术通过设置与中央处理单元联接的GPS传感器、北斗传感器、惯导传感器和GIS地图，对多种传感器的输出数据进行融合，取长补短，实现了有信号遮挡的复杂环境下的定位，解决了现有基于卫星定位技术的RTK设备存在的在城市中的高大建筑物、立交桥、地铁、树林等复杂环境中经常受到干扰，很难精准定位等问题。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例一种基于多传感器数据融合的定位装置的方框图。
[0027]图2为现有基于卡尔曼滤波器进行多传感器数据融合的结构示意图。
[0028]图3为本专利技术基于组合滤波的扩展卡尔曼滤波器的示意图。
[0029]图4为本专利技术实施例一种应用所述装置进行定位的方法的流程图。
[0030]图1中：1
‑
中央处理单元，2
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GPS传感器，3
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北斗传感器，4
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惯导传感器，5
‑
GIS地图。
具体实施方式
[0031]为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚、明白，以下结合附图及具体实施方式对本专利技术作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0032]图1为本专利技术实施例一种基于多传感器数据融合的定位装置的方框图，包括：中央处理单元1，以及与中央处理单元1联接的GPS传感器2、北斗传感器3、惯导传感器4和GIS地图5，GPS传感器2和北斗传感器3分别用于输出基于GPS卫星信号和北斗卫星信号解算出的位置信息，惯导传感器4用于输出基于陀螺仪和加速度计的测量数据解算出的惯性参考坐标系中的位置信息，GIS地图5用于通过地图匹配得到地理位置信息，中央处理单元1主要用于通过对各种传感器输出信号进行数据融合得到位置信息。
[0033]本实施例中，所述装置主要由中央处理单元1以及与中央处理单元1联接的GPS传感器2、北斗传感器3、惯导传感器4和GIS地图5组成，如图1所示。下面分别对每一部分进行介绍。
[0034]GPS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多传感器数据融合的定位装置，其特征在于，包括：中央处理单元，以及与中央处理单元联接的GPS传感器、北斗传感器、惯导传感器和GIS地图，GPS传感器和北斗传感器分别用于输出基于GPS卫星信号和北斗卫星信号解算出的位置信息，惯导传感器用于输出基于陀螺仪和加速度计的测量数据解算出的惯性参考坐标系中的位置信息，GIS地图用于通过地图匹配得到地理位置信息，中央处理单元主要用于通过对各种传感器输出信号进行数据融合得到位置信息。2.根据权利要求1所述的基于多传感器数据融合的定位装置，其特征在于，所述装置利用扩展卡尔曼滤波器对多传感器数据进行组合滤波，从而实现多传感器数据融合，所述扩展卡尔曼滤波器由多级子滤波器和一级主滤波器组成，每个子滤波器分别对两种传感器观测数据进行滤波，主滤波器对多级子滤波器的输出进行加权求均值，各子滤波器对应的加权系数与各子滤波器的信息量正相关，所述信息量与状态方程中过程噪声的协方差成反比。3.根据权利要求1所述的基于多传感器数据融合的定位装置，其特征在于，所述装置利用GPS传感器或北斗传感器仅存的两颗或者三颗可见卫星的伪距和伪距率参与组合滤波，对惯导传感器输出的位置信息进行校正，实现信号遮挡情况下的定位。4.根据权利要求1所述的基于多传感器数据融合的定位装置，其特征在于，所述装置通过剔除不可见卫星提高抗欺骗性干扰能力，方法如下：利用存储的历书提供卫星的位置和惯导传感器所提供的位置，计算出每颗卫星的仰角，根据所述仰角判断当前卫星是否在水平面以上；若不在，则认为不是实际的可见星，不予捕获。5.根据权利要求1所述的基于多传感器数据融合的定位装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：马彬，车明，王会师，马瑞莉，程韦豪，王庆涛，侯谨城，
申请(专利权)人：北京市燃气集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：