CN101464155A - 航位推算中初始方向的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种航位推算中初始方向的确定方法，包括选取有效的GPS定位点；在有效的GPS定位点中选取两个GPS定位点之间的距离大于等于阈值且距离偏差在容差范围内的两个GPS定位点以确定初始方向线段；根据所述初始方向线段计算出初始方向。采用本发明航位推算中初始方向的确定方法的技术方案能够使得初始方向的确定更准确。

Description

航位推算中初始方向的确定方法

技术领域

本发明涉及导航技术领域，尤指一种航位推算中初始方向的确定方法。

背景技术

在导航技术领域，GPS(全球定位系统)是美国第二代无线电卫星导航定位系统，它能够全球性、全天候、实时地提供导航、定位和授时信息，但它要求可见卫星数量至少达到3颗才能正常定位。在高楼林立的城市道路、隧道或树木浓密等GPS信号遮挡比较严重的地域，由于可见卫星数量太少，GPS将不能正常获得准确可靠的位置数据。在这种情况下，通常将GPS与其他传感器(如惯导、电子罗盘等)进行组合，来消除这种影响。即，当GPS由于信号遮挡而不能可靠定位时，GPS/DR(航位推算，Dead-Reckoning)系统自动切换到DR导航方式来持续输出车辆在每一时刻的位置信息，直至GPS恢复正常接收后，系统再回到GPS与DR的组合导航方式。

DR是一种常用的导航定位技术，其基本原理是利用方向传感器和速度传感器来推算车辆的瞬时位置，可以实现连续自主式定位。但由于其推算过程是一个累加过程，方向传感器的误差随时间的延长而积累；另外，推算只能确定相对位置和航向。导航开始时，需要预知车辆的初始绝对位置和初始方向。DR技术所使用到的硬件设备包括：车速传感器和陀螺仪，其中车速传感器推算当前的运动距离，陀螺仪推算当前的运动方向，两者的融合得到当前车辆的准确位置。

车辆沿着待测道路行驶，车载GPS/DR系统中的GPS设备实时接收GPS卫星信号，并从中获取车辆位置、卫星接收状态等数据。在卫星接收状态良好时，将相邻时刻的GPS定位点的连线方向作为车辆的行驶方向，当接收状态不好时，以此方向作为航位推算的起始基准方向。也就是说，现有技术是采用相邻时刻的GPS定位点的连线方向作为航位推算的初始方向。为了保证航位推算的初始方向的准确性，一般是选择一条比较开阔无遮挡的平直道路，且车辆能够以较高的速度(如>70km/h)持续行驶一段时间。开阔的环境能确保GPS接收机接收到较多的GPS卫星(如>6)，提供比较精确的定位信息，平直的道路则可以使初始方向不会有太大的变化，而较高的车速可以让相邻的两个GPS定位点之间的距离加大，从而提高初始方向的准确性。

综上所述，现有技术航位导航中初始方向的确定方法存在下列缺陷：

首先，由于在拥挤的城市道路上，车辆太多，车速普遍较低，而且城市街道高楼林立，遮挡比较普遍，比较难以满足开阔条件的要求。

其次，现有技术是采用相邻的两个GPS定位点连线方向作为航位推算初始方向，由于两个GPS定位点的距离太短，例如，假定车速为100km/h，则两GPS定位点之间的距离约为28m，GPS单点定位精度一般在5m以上，由此造成的方向偏差可能达到20度，从而导致初始方向误差较大。随着时间的推移，航位推算的误差累积将越来越大，其定位结果很快将不可用。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种准确性高的航位推算中初始方向的确定方法。

为了解决上述问题，本发明航位推算中初始方向的确定方法的技术方案包括：

步骤1)选取有效的GPS定位点；

步骤2)在有效的GPS定位点中选取两个GPS定位点之间的距离大于等于阈值且距离偏差在容差范围内的两个GPS定位点以确定初始方向线段；

步骤3)根据所述初始方向线段计算出初始方向。

其中，所述步骤1)还进一步包括：

步骤11)读取GPS定位点并判断其定位状态是否有效，若无效，重复执行步骤11)；

步骤12)判断所述GPS定位点是否是3D定位模式，若不是，执行步骤11)；

步骤13)判断卫星数量是否大于等于阈值，若否，执行步骤11)；

步骤14)判断水平坐标的精度强弱度是否小于阈值，若否，执行步骤11)；

步骤15)所述GPS定位点为有效，重复执行步骤11)直至选取出若干有效的GPS定位点。

与现有技术相比，本发明航位推算中初始方向的确定方法的有益效果为：

首先，由于选取不相邻的两个GPS点的方向作为初始方向，这两个不相邻的点之间的距离可以远大于相邻两点之间的距离，从而可以削弱由于GPS定位点的定位误差造成的初始方向误差，准确性高。

其次，由于作为计算初始方向的两个GPS定位点可以不是相邻的两个GPS定位点，消除了必须依靠相邻的两GPS定位点来确定初始方向的限制。

再者，在GPS观测状况不好的情况下可以采用本发明的技术方案来确定初始方向，从而降低了GPS定位点数据有效的判断标准。

附图说明

图1是本发明航位推算中初始方向的确定方法的流程图；

图2是图1中的步骤1)的进一步细分的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明航位推算中初始方向的确定方法包括：

步骤1)选取有效的GPS定位点；

步骤2)在有效的GPS定位点中选取两个GPS定位点之间的距离大于等于阈值且距离偏差在容差范围内的两个GPS定位点以确定初始方向线段；

步骤3)根据所述初始方向线段计算出初始方向。

由上述可知，本发明是先选取有效的GPS定位点，也就是说只有满足一定条件的GPS定位点才有可能作为判断初始方向的基础。这样可以进一步地保证结果的准确性。

其中，如图2所示，所述步骤1)还进一步包括：

步骤11)读取GPS定位点并判断其定位状态是否有效，若无效，重复执行步骤11)；

步骤12)判断所述GPS定位点是否是3D定位模式，若不是，执行步骤11)；

步骤13)判断卫星数量是否大于等于阈值，若否，执行步骤11)；

步骤14)判断HDOP(水平(即二维)坐标的精度强弱度，Horizontal Dilutionof Precision)是否小于阈值，若否，执行步骤11)；

步骤15)所述GPS定位点为有效，重复执行步骤11)直至选取出若干有效的GPS定位点。

由上述可知，作为有效的GPS定位点的条件是定位状态有效、3D定位模式、卫星数量和HDOP的值，所述HDOP的值指纬度和经度等误差平方和的开根号值。只有这四个条件都满足的GPS定位点才被视为有效的GPS定位点。

一般情况下，卫星数量的阈值设为5，HDOP的阈值设为4。有效GPS定位点的判断流程如下：接收到GPS数据后，先判断该条数据的有效性，如果无效，则该GPS定位点无效，接着读取下一个GPS定位点并判断；若有效，则判断GPS定位模式，如果不为3D模式，则接着读取下一个GPS定位点并判断；若符合条件，则判断卫星数是否符合条件，如卫星数<5，则该GPS定位点无效，接着读取下一个GPS定位点并判断；若符合条件，判断HDOP是否小于4，若不符合条件，GPS定位点无效，接着读取下一个GPS定位点并判断，若符合条件，该GPS定位点被视为有效GPS定位点。

在确定初始方向线段的时候，以两个GPS定位点组成的线段的方向作为初始方向，本发明航位推算中初始方向的确定方法选取的这两个GPS定位点应满足如下条件：

1)两个GPS定位点有效

2)两GPS定位点之间的距离要大于阈值，例如>50m

3)由这两个GPS定位点的GPS坐标计算出的距离与由里程计测量出的这两个GPS定位点之间的距离偏差在容差范围内，例如<1m

4)这两个GPS定位点以及处于这两点之间的所有GPS定位点，每个点上的陀螺仪角度输出值在容差范围内(如-0.1度～0.1度)

当这两个GPS定位点确定后，就可以计算初始方向了，设这两个GPS定位点的坐标分别为(x1，y1)，(x2，y2)，即可根据公式angle＝arctan((y1-y2)/(x1-x2))(先计算两点在坐标系y轴上的坐标差(y1-y2)，然后计算两点在坐标系x轴上的坐标差(x1-x2)，再计算y轴坐标差与x轴坐标差之商(y1-y2)/(x1-x2)，(如果x1-x2＝0，即两点与y轴平行，如果y1<y2，则初始方向90度，否则为270度)，最后对商求反正切arctan，即可求得初始方向与x轴的夹角)来求出初始方向。

假设GPS/DR系统在第i时刻输出的数据依次为x(i)，y(i)，angle(i)，dist(i)，valide(i)，mode(i)，star(i)，hdop(i)

其中：x(i)：GPS定位点正北向坐标(投影到高斯平面上的坐标)

y(i)：GPS定位点正东向坐标(投影到高斯平面上的坐标)

angle(i)：陀螺仪输出的角度

dist(i)：里程计输出的行驶距离

valide(i)：GPS输出的数据有效性

mode(i)：GPS定位模式

star(i)：接收到的卫星数

hdop(i)：GPS定位点的hdop值

1、如果i>＝2，首先判断第i点是否有效，即valide(i)的定位状态是否有效、mode(i)是否为3D模式，star(i)是否>＝5，hdop(i)是否<4，只有以上条件全部满足，该定位点才有效，否则无效。如果该点无效，则等待GPS/DR系统输出第i+1点，然后重复以上判断；

2、如果第i点有效，则回溯遍历i-1点，如果其有效，且i-1i两点之间的距离dist(i)大于容差(如50m)，这两点由GPS坐标计算出的距离为distGPS＝sqr((x(i)-x(i-1))^2+(y(i)-y(i-1))^2)，如果abs(distgps-dist(i))<1(由GPS坐标点计算出来的距离和由里程计测量出的距离之差的绝对值)，且abs(angle(i-1))<0.1，abs(angle(i-1)+angle(i))<1，则i、i-1两点组成的线段方向可作为初始方向。

3、如果不满足以上条件，则继续遍历i-2点直至第1个点，如果还是不满足以上条件，则等待GPS/DR系统输出第i+1个点，直至找到符合作为初始方向线段的两个GPS定位点

4、当确定可以用来计算初始方向的两个GPS定位点后(设坐标分别为(x1，y1)，(x2，y2))，

则初始方向为angle＝arctn((y1-y2)/(x1，x2))

综上所述，本发明航位推算中初始方向的确定方法具有下列优点：

首先，由于选取不相邻的两个GPS点的方向作为初始方向，这两个不相邻的点之间的距离可以远大于相邻两点之间的距离，从而可以削弱由于GPS定位点的定位误差造成的初始方向误差，准确性高。

其次，由于作为计算初始方向的两个GPS定位点可以不是相邻的两个GPS定位点，消除了必须依靠相邻的两GPS定位点来确定初始方向的限制。

再者，在GPS观测状况不好的情况下可以采用本发明的技术方案来确定初始方向，从而降低了GPS定位点数据有效的判断标准。

Claims (2)

1、一种航位推算中初始方向的确定方法，其特征在于，包括：

步骤1)选取有效的GPS定位点；

步骤2)在有效的GPS定位点中选取两个GPS定位点之间的距离大于等于阈值且距离偏差在容差范围内的两个GPS定位点以确定初始方向线段；

步骤3)根据所述初始方向线段计算出初始方向。

2、如权利要求1所述的航位推算中初始方向的确定方法，其特征在于，所述步骤1)还进一步包括：

步骤11)读取GPS定位点并判断其定位状态是否有效，若无效，重复执行步骤11)；

步骤12)判断所述GPS定位点是否是3D定位模式，若不是，执行步骤11)；

步骤13)判断卫星数量是否大于等于阈值，若否，执行步骤11)；

步骤14)判断水平坐标的精度强弱度是否小于阈值，若否，执行步骤11)；

步骤15)所述GPS定位点为有效，重复执行步骤11)直至选取出若干有效的GPS定位点。

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