CN101545781A - 车载组合导航中里程计脉冲当量确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种车载组合导航中里程计脉冲当量确定方法，包括步骤1)判断车辆是否直线行驶，否则重复执行步骤1)；步骤2)选取有效的GPS定位点；步骤3)从有效的GPS定位点中依次选取第i－2、i－1和i点，计算第i－2和第i－1之间的距离D(i－1)以及第i－1和第i点之间的距离D(i)，然后分别除以脉冲计数得到临时脉冲当量值PO(i－1)和PO(i)，再分别除以里程计标定的脉冲当量值得到商alpha(i－1)和alpha(i)；步骤4)若alpha(i－1)和alpha(i)均大于0.95，且PO(i－1)除以PO(i)大于0.99且小于1.01，将第i－2、i－1和i点依次连成的两条线段的距离和对应的脉冲计数分别加入距离累计值和脉冲累计值；否则令i＝i+1，执行步骤3)；步骤5)若距离累计值大于1km，距离累计值除以脉冲累计值即得到脉冲当量值；否则令i＝i+1，执行步骤3)。采用本发明车载导航中里程计脉冲当量确定方法的技术方案能够使计算得到的脉冲当量更准确。

Description

车载组合导航中里程计脉冲当量确定方法

技术领域

本发明涉及导航技术领域，尤指一种车载组合导航中里程计脉冲当量确定方法。

背景技术

为了采集地理位置数据，或者给车辆进行实时导航，我们通常在车辆上装载GPS定位设备，采用动态定位方法，来实时获取车辆的地理位置。但是，在城市交通环境中，由于高楼、高架桥、隧道等障碍物的阻隔，经常出现接收不到正常定位所需的GPS卫星信号，由此导致GPS接收机不能定位或定位误差太大。针对这种状况，通常将GPS接收机同陀螺仪、里程计等传感器进行集成，通过组合导航的模式来进行定位，这种导航系统即为GPS/DR组合导航系统。所述组合导航系统是指将两种或两种以上的导航系统以适当方式组合为一种导航系统，以达到提高系统精度和改善系统可靠性等目的。在GPS接收状况良好时(GPS接收机能正常定位)，直接使用GPS接收机的位置输出，当GPS不能正常定位时，采用航位推算(DR，Dead-Reckoning)的方法，来持续提供车辆的位置信息，从而实现不间断的准确定位。所述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.

在GPS/DR组合导航系统中，每一时刻，GPS输出车辆当前的绝对位置坐标，陀螺仪输出车辆从上一时刻到当前时刻车辆所转动的角度，而里程计则输出车辆从上一时刻到当前时刻的脉冲计数。脉冲计数与脉冲当量的乘积即为车辆从上一时刻到当前时刻移动的距离。所述脉冲当量(odometer scale)指每一脉冲时间车轮碾过的距离。根据GPS输出的绝对位置坐标，可计算出车辆的起始位置和行进方向。由陀螺仪输出的角度值，可得到车辆每一时刻的方向。

车辆上的里程计，都有标定的脉冲当量值。在实际情况中，由于车辆轮胎的饱和度、气温等因素的变化，脉冲当量也会随之变化。因此，在进行航位推算时，需要实时计算脉冲当量值。

通常采用的确定脉冲当量的方法是：先设定两个变量DistSum、PulseSum，分别用于记录距离累计值和脉冲计数累计值。为了确定脉冲当量的值，首先判断GPS定位点是否有效(即：GPS输出数据有效性为True，定位模式为3D，卫星数>＝5，HDOP<4)，如果两相邻的GPS定位点均有效，则计算这两个定位点之间的距离，让后将距离值累加至DistSum，同时将第二点的脉冲计数值累加至PulseSum，当DistSum的值达到一定长度后，用DistSum除以PulseSum，即得到脉冲当量的值。

由上述可知，现有技术车载组合导航中里程计脉冲当量确定方法存在下列缺陷：

1、由于GPS定位系统的固有误差，在接收状况良好的情况下，GPS定位点的误差也可能大于5米，相邻两点的距离误差即可能达到10m，由此导致距离累计值的误差也较大，从而导致脉冲当量的误差也比较大。

2、在车辆行进的过程中，车辆的行驶路线可能是曲线，即在相邻的两个GPS定位点之间，车辆的实际行驶轨迹是曲线，但是在计算距离累计值时，采用的是这两个有效GPS定位点之间的线段距离，两点之间的线段比曲线要短，由此计算出的脉冲当量也会比实际值要小。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种准确性高的车载组合导航中里程计脉冲当量确定方法。

为了解决上述问题，本发明车载组合导航中里程计脉冲当量确定方法的技术方案包括：

步骤1)判断车辆是否直线行驶，否则重复执行步骤1)；

步骤2)选取有效的GPS定位点；

步骤3)从有效的GPS定位点中依次选取第i-2、i-1和i点，计算第i-2和第i-1之间的距离D(i-1)以及第i-1和第i点之间的距离D(i)，然后分别除以脉冲计数得到临时脉冲当量值PO(i-1)和PO(i)，再分别除以里程计标定的脉冲当量值得到商alpha(i-1)和alpha(i)；

步骤4)若alpha(i-1)和alpha(i)均大于0.95，且PO(i-1)除以PO(i)大于0.99且小于1.01，将第i-2、i-1和i点依次连成的两条线段的距离和对应的脉冲计数分别加入距离累计值和脉冲累计值；否则令i＝i+1，执行步骤3)；

步骤5)若距离累计值大于1km，距离累计值除以脉冲累计值即得到脉冲当量值；否则令i＝i+1，执行步骤3)。

其中，所述步骤2)还进一步包括：

步骤21)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21)；

步骤22)判断所述GPS定位点是否是3D定位模式，若不是，执行步骤21)；

步骤23)判断卫星数量是否大于等于阈值，若否，执行步骤21)；

步骤24)判断水平坐标的精度强弱度是否小于阈值，若否，执行步骤21)；

步骤25)所述GPS定位点为有效，重复执行步骤21)直至选取出若干有效的GPS定位点。

与现有技术相比，本发明车载导航中里程计脉冲当量确定方法的有益效果为：

首先，由于先判断车辆是否直线行驶，从而避免了将车辆在曲线行驶时的GPS定位点引入脉冲当量的计算，因此使得脉冲当量的计算准确性高。

其次，由于将里程计的脉冲当量标定值引入到判定GPS点能否作为脉冲当量计算，从而滤除了定位误差较大的GPS定位点。

再者，由于采用了将临时脉冲当量相似度作为GPS点的选择标准，从而保证了选择的GPS定位点的精度，由此提高了脉冲当量值的精度。

附图说明

图1是本发明车载导航中里程计脉冲当量确定方法的流程图；

图2是图1中的步骤2)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)判断车辆是否直线行驶，否则重复执行步骤1)；

步骤2)选取有效的GPS定位点；

步骤3)从有效的GPS定位点中依次选取第i-2、i-1和i点，计算第i-2和第i-1之间的距离D(i-1)以及第i-1和第i点之间的距离D(i)，然后分别除以脉冲计数得到临时脉冲当量值PO(i-1)和PO(i)，再分别除以里程计标定的脉冲当量值得到商alpha(i-1)和alpha(i)；

步骤4)若alpha(i-1)和alpha(i)均大于0.95，且PO(i-1)除以PO(i)大于0.99且小于1.01，将第i-2、i-1和i点依次连成的两条线段的距离和对应的脉冲计数分别加入距离累计值和脉冲累计值；否则令i＝i+1，执行步骤3)；

步骤5)若距离累计值大于1km，距离累计值除以脉冲累计值即得到脉冲当量值；否则令i＝i+1，执行步骤3)。

由上述可知，本发明车载导航中里程计脉冲当量确定方法，首先是判断车辆是否直线行驶，判断车辆是否直线行驶的方式很多，例如可采用陀螺仪输出值是否小于1度来判断，若是则可判定车辆为直线行驶，否则为曲线行驶。然后选取有效的GPS定位点，再从有效的GPS定位点中筛选出满足下列条件的定位点：从有效的GPS定位点中依次选取第i-2、i-1和i点，计算第i-2和第i-1之间的距离D(i-1)以及第i-1和第i点之间的距离D(i)，然后分别除以脉冲计数得到临时脉冲当量值PO(i-1)和PO(i)，再分别除以里程计标定的脉冲当量值得到商alpha(i-1)和alpha(i)；alpha(i-1)和alpha(i)均大于0.95，且PO(i-1)除以PO(i)大于0.99且小于1.01。将满足上述条件的连续三个点依次连成的两条线段的距离和对应的脉冲计数分别加入距离累计值和脉冲累计值，直到距离累计值大于1km，用该距离累计值除以脉冲累计值即得到脉冲当量值。

如图2所示，步骤2)还进一步包括：

步骤21)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21)；

步骤22)判断所述GPS定位点是否是3D定位模式，若不是，执行步骤21)；

步骤23)判断卫星数量是否大于等于阈值，若否，执行步骤21)；

步骤24)判断水平坐标的精度强弱度是否小于阈值，若否，执行步骤21)；

步骤25)所述GPS定位点为有效，重复执行步骤21)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(horizontal dilution of precision，水平，即二维坐标之精度强弱度)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。

下面，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)，pulse(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

pulse(i)：里程计输出的脉冲计数值

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

脉冲当量的标定值为pl

采用本发明车载导航中里程计脉冲当量确定方法来确定脉冲当量的过程如下：

首先判断angle(i)的绝对值是否小于1度，若是，即可认为车辆在该点是直线行驶的。

设i>＝3，首先判断第i点是否有效，即valide(i)的有效性是否有效、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。

然后，从有效的GPS定位点中依次选取第i-2、i-1和i点，计算第i-2和第i-1之间的距离D(i-1)以及第i-1和第i点之间的距离D(i)，距离的计算公式可采用D(i)＝sqr((x(i)-x(i-1))^2+(y(i)-y(i-1))^2)，然后分别除以脉冲计数得到临时脉冲当量值PO(i-1)和PO(i)，临时脉冲当量的计算公式采用PO(i)＝D(i)/pulse(i)。再用这两个临时脉冲当量值分别除以里程计标定的脉冲当量值得到商alpha(i-1)和alpha(i)；

若alpha(i-1)和alpha(i)均大于0.95，且PO(i-1)除以PO(i)大于0.99且小于1.01，，即可认为i-2，i-1，i三点满足计算脉冲当量的条件，将第i-2、i-1和i点依次连成的两条线段的距离D(i-1)和D(i)累加到距离累计值distSum，将i-1，i两点的脉冲计数值pulse(i-1)，pulse(i)累加到脉冲计数累计值pulseSum。

然后，将i的值加1，接着判断第i-2、i-1和i点是否满足计算脉冲当量的条件，直到距离累计值distSum大于1km。

当distSum>1km时，计算distSum/pulseSum，即可得到精确的脉冲当量值。

综上所述，本发明车载组合导航中里程计脉冲当量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、一种车载组合导航中里程计脉冲当量确定方法，其特征在于，包括：

步骤1)判断车辆是否直线行驶，否则重复执行步骤1)；

步骤2)选取有效的GPS定位点；

步骤3)从有效的GPS定位点中依次选取第i-2、i-1和i点，计算第i-2和第i-1之间的距离D(i-1)以及第i-1和第i点之间的距离D(i)，然后分别除以脉冲计数得到临时脉冲当量值PO(i-1)和PO(i)，再分别除以里程计标定的脉冲当量值得到商alpha(i-1)和alpha(i)；

步骤4)若alpha(i-1)和alpha(i)均大于0.95，且PO(i-1)除以PO(i)大于0.99且小于1.01，将第i-2、i-1和i点依次连成的两条线段的距离和对应的脉冲计数分别加入距离累计值和脉冲累计值；否则令i＝i+1，执行步骤3)；

步骤5)若距离累计值大于1km，距离累计值除以脉冲累计值即得到脉冲当量值；否则令i＝i+1，执行步骤3)。

2、如权利要求1所述的车载组合导航中里程计脉冲当量确定方法，其特征在于，所述步骤2)还进一步包括：

步骤21)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21)；

步骤22)判断所述GPS定位点是否是3D定位模式，若不是，执行步骤21)；

步骤23)判断卫星数量是否大于等于阈值，若否，执行步骤21)；

步骤24)判断水平坐标的精度强弱度是否小于阈值，若否，执行步骤21)；

步骤25)所述GPS定位点为有效，重复执行步骤21)直至选取出若干有效的GPS定位点。

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