CN102495415A - 一种gps滞后时间的自适应检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GPS滞后时间的自适应检测方法，该方法基于航位推算系统中惯性测量单元的测量实时性与短时高精度，在一定的检测条件下，利用GPS测量的航向信息、速度信息与航位推算系统中陀螺仪测量的航向角速度、里程仪测量的速度信息，构造GPS、DR两测量系统的航向差、速度检测序列，能够有效、自适应地检测出GPS的滞后时间。

Description

一种GPS滞后时间的自适应检测方法

技术领域

本发明涉及一种GPS滞后时间的自适应检测方法，可有效、自适应地实现GPS滞后特性检测，属于导航技术领域。

背景技术

GPS可以在全球范围内，全天候、实时地为各种用户提供运载体的绝对位置、速度、航向和时间信息，因其高精度定位得到了广泛的应用。但是，由于GPS解算延迟、OEM板固有延迟及数据解码传输等原因，GPS测量系统存在随机延迟的现象，在运载体转弯时由于滞后特性造成的不良影响尤为突出，而目前还没有一种有效的自适应检测GPS滞后特性的方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决GPS存在输出延迟的问题，提出一种GPS滞后特性自适应检测的方法。该方法基于DR的测量实时性和短时高精度，以航向差和速度为检测量，能够自适应地检测出GPS的滞后时间。

本发明的一种GPS滞后时间的自适应检测方法，包括以下几个步骤：

步骤一：分别采集同一运载体的GPS测量系统和DR测量系统的测量信号，其中，GPS测量信息包括位置、航向和速度，DR测量系统包括里程仪脉冲数和陀螺角速度；

步骤二：设定GPS航向差序列检测窗口宽度及检测判别阈值，基于GPS测量航向信息和陀螺仪测量角速度信息，分别构造GPS、DR系统的航向差检测序列，在检测条件下，进行GPS滞后时间自适应检测；

步骤三：设定GPS速度序列检测窗口宽度及检测判别阈值，基于GPS测量速度信息和里程仪速度信息，分别构造GPS、DR系统的速度检测序列，在检测条件下，进行GPS滞后时间自适应检测；

步骤四：设定航向差检测序列窗口与速度检测序列窗口内公共历元的重合度阈值C，若航向差检测序列窗口和速度检测序列窗口内公共历元的个数大于重合度阈值C，则根据测量元件精度，设定航向差序列检测可信因子及速度序列检测可信因子，进而确定GPS滞后时间；若航向差检测序列窗口和速度检测序列窗口内公共历元的个数小于重合度阈值C，则根据各自检测结果确定GPS滞后时间；

步骤五：判断检测的GPS滞后时间是否小于零，若检测的GPS滞后时间小于零，则说明DR测量系统出现故障；若检测的GPS滞后时间大于零，则继续进行步骤二。

通过上述方法，基于惯性器件的实时输出性和短期高精度，构造GPS、DR双系统航向差检测序列和速度检测序列，能够自适应、有效地检测GPS滞后时间。

本发明的优点在于：

(1)本发明利用陀螺仪、里程仪的实时输出性和短期高精度，实现对GPS的滞后特性进行自适应检测；

(2)能够准确地确定GPS滞后时间，为GPS和其他导航系统的的数据同步提供了准确的基础；

(3)本发明实现简单，计算量小，结果可靠。

附图说明

图1是本发明的方法流程图；

图2a为实施例一中，175～205s时间段内，根据GPS测量系统、DR测量系统原始输出信息构造的航向差序列的实验结果对比图；

图2b为实施例一中，175～205s时间段内，根据本发明中航向差检测方法确定的滞后时间，GPS测量系统、DR测量系统进行数据对准后的航向信息构造的航向差序列的实验结果对比图；

图2c为实施例一中，95～125s时间段内，根据GPS测量系统、DR测量系统原始输出信息构造的航向差序列的实验结果对比图；

图2d为实施例一中，95～125s时间段内，根据本发明中航向差检测方法确定的滞后时间，GPS测量系统、DR测量系统进行数据对准后的航向信息构造的航向差序列的实验结果对比图；

图3a为实施例一中，115～135s时间段内，根据GPS测量系统、DR测量系统原始输出信息构造的速度序列的实验结果对比图；

图3b为实施例一中，115～135s时间段内，根据本发明中速度检测方法确定的滞后时间，GPS测量系统、DR测量系统进行数据对准后的输出信息构造的速度序列的实验结果对比图；

图3c为实施例一中，195～215s时间段内，根据GPS测量系统、DR测量系统原始输出信息构造的速度序列的实验结果对比图；

图3d为实施例一中，195～215s时间段内，根据本发明中速度检测方法确定的滞后时间，GPS测量系统、DR测量系统进行数据对准后的输出信息构造的速度序列的实验结果对比图；

图4a为实施例二中，20～40s时间段内，根据GPS测量系统、DR测量系统原始输出信息构造的航向差序列的实验结果对比图；

图4b为实施例一中，20～40s时间段内，根据本发明中航向差检测方法确定的滞后时间，GPS测量系统、DR测量系统进行数据对准后的航向信息构造的航向差序列的实验结果对比图；

图5a为实施例二中，70～90s时间段内，根据GPS测量系统、DR测量系统原始输出信息构造的速度序列的实验结果对比图；

图5b为实施例二中，70～90s时间段内，根据本发明中速度检测方法确定的滞后时间，GPS测量系统、DR测量系统进行数据对准后的输出信息构造的速度序列的实验结果对比图；

图5c为实施例二中，100～120s时间段内，根据GPS测量系统、DR测量系统原始输出信息构造的速度序列的实验结果对比图；

图5d为实施例二中，100～120s时间段内，根据本发明中速度检测方法确定的滞后时间，GPS测量系统、DR测量系统进行数据对准后的输出信息构造的速度序列的实验结果对比图。

图6为实施例一中，GPS测量系统测量得到的车辆运行路径；

图7为实施例二中，GPS测量系统测量得到的车辆运行路径。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种GPS滞后时间的自适应检测方法，流程如图1所示，包括以下几个步骤：

步骤一：分别采集同一运载体的GPS测量系统和DR测量系统的测量信号，其中，GPS测量信息包括位置、航向和速度，DR测量系统包括里程仪脉冲数和陀螺角速度；

步骤二：设定GPS航向差序列检测窗口宽度及检测判别阈值，基于GPS测量航向信息和陀螺仪测量角速度信息，分别构造GPS、DR系统的航向差检测序列，在一定的检测条件下，进行GPS滞后时间自适应检测，具体包括以下几个步骤；

(1)设定航向差序列检测窗口宽度及检测条件；

设定滞后检测窗口宽度为M，由于陀螺仪的输出频率通常情况下远高于GPS的输出频率，并且具有短时高精度，因此可以基于陀螺仪的测量信息进行GPS的滞后特性进行检测。当GPS速度大于一定阈值时，GPS测量的航向可信度较高，在航向角准确度较高时检测GPS是否存在滞后比较准确；在车辆转弯时，GPS的航向变化较大，滞后效应比较明显，故可选择在车辆转弯段进行GPS航向滞后检测。利用航向差序列进行GPS滞后特性检测的条件为：

$\left\{\begin{array}{c}{v}_{\mathrm{gps}}\left(i\right)>=v^{\mathrm{\ψ}}\_\mathrm{threshold},i=k-M+1,\·\·\·,k\\ \underset{i=k-M+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gyro}}^{\·}\left(i\right)\right|>\mathrm{\ψ}\_\mathrm{threshold},k=M,2*M,3*M,\·\·\·\end{array}\right.$

其中，v_gps(i)为GPS在i时刻测量的速度，i为GPS的数据采集时刻；k为检测窗口边界；v^ψ_threshold为设定GPS航向可信的速度阈值；

为i时刻陀螺仪测量的航向角速度；ψ_threshold为航向存在较大幅度变化的航向阈值，通常可取为25°～35°；

(2)判断航向角、航向角速度是否符合上述检测条件，如果符合，构造GPS测量系统航向差序列和DR测量系统航向差序列，如果不符合，则继续等待下一检测窗口内的GPS、DR的测量数据。

GPS测量系统航向差序列Δψ_gps_sequence为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}\_\mathrm{sequence}=\{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}(k-M+1),\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}(k-M+2),\·\·\·,\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}\left(k\right)\},k=M,2*M,3*M,\·\·\·\\ \mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}\left(i\right)={{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}\left(i\right)-\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}(i-1),i=k-M+1,\·\·\·,k\end{array}\right.$

其中，Δψ_gps(i)表示GPS测量得到的i时刻与i-1时刻的航向角的差值，i为GPS的数据采集时刻，k为检测窗口边界；ψ_gps(i)为GPS测量得到的i时刻的航向角。

DR测量系统航向差序列Δψ_dr_sequence为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{dr}}\_\mathrm{sequence}=\{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{dr}}(k-M+1),\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{dr}}(k-M+2),\·\·\·,\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{dr}}\left(k\right)\},k=M,2*M,3*M,\·\·\·\\ \mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{dr}}\left(i\right)={\∫}_{i-1}^i{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gyro}}^{\·}\left(t\right)\mathrm{dt},i=k-M+1,\·\·\·,k\end{array}\right.$

其中，Δψ_dr(i)为在GPS一个测量周期内陀螺仪的积分得到的航向角的变化量，i为GPS的数据采集时刻；k为检测窗口边界；

为i时刻陀螺仪测量的航向角速度；

(3)采用航向差序列检测方法进行检测，得到GPS滞后时间；

由于GPS与陀螺仪均是对同一运载体进行测量，而陀螺仪的输出可看作实时的，因此可以利用陀螺仪的输出检测GPS的滞后时间。只有当两序列的输出为同步时，两序列的匹配程度最高。因此，若将Δψ_gps_sequence整体向右平移

后，能够使得新的

和Δψ_dr_sequence两序列的差值的莱布尼茨范数最小，则即为航向差序列检测的GPS滞后时间。航向差序列检测方法为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}^{\mathrm{new}}\_\mathrm{sequence}\left(T_0\right)=\{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}(k-M+1+T_0),{\mathrm{\Δ\ψ}}_{\mathrm{gps}}(k-M+2+T_0),\·\·\·,\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}(k+T_0)\}$

k＝M，2*M，3*M，…，T₀＝-T_max，…-1，0，1，…，T_max

${\left|\right|\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}^{\mathrm{new}}\_\mathrm{sequence}\left(T_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}^{\mathrm{\ψ}}\right)-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{dr}}\_\mathrm{sequence}\left|\right|}_F=\sqrt{\underset{i=k-M+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\Δ\ψ}}_{\mathrm{gps}}(i+T_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}^{\mathrm{\ψ}})-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{dr}}\left(i\right))}^2}=\min$

k＝M，2*M，3*M，…

其中，||·||_F为向量的莱布尼茨范数，

为将Δψ_gps_sequence向右平移T₀得到的新的GPS航向差序列；T_max为GPS可能的滞后时间范围，通常取为3～5s；i为GPS的数据采集时刻；k为检测窗口边界；min为由所有平移后的GPS构造的航向差序列和DR构造的航向差序列差值的莱布尼茨范数的最小值，

为使上式取得最小值的T₀的值，即由航向差序列检测的GPS滞后时间。

步骤三：设定GPS速度序列检测窗口宽度及检测判别阈值，基于GPS测量速度信息和里程仪速度信息，分别构造GPS、DR系统的速度检测序列，在一定的检测条件下，进行GPS滞后时间自适应检测，具体包括以下几个步骤；

(1)设定速度序列检测窗口宽度及检测条件；

设定滞后检测窗口宽度为N，当车辆速度很小或者接近停车时，此时GPS和里程仪的测量值都可能存在一定的误差，因此当速度大于一定阈值时进行GPS速度滞后检测比较合适。若车辆一直匀速或接近匀速行驶，GPS是否滞后难以判断，只有当车辆进行加速、减速行驶时，可以通过两种不同的速度测量方式检测GPS是否滞后，而一段时间内速度的方差可以反映出车辆速度变化的波动情况，当方差大于一定阈值时，可以进行GPS滞后判定。利用速度序列进行GPS滞后特性检测的条件为：

$\left\{\begin{array}{c}{v}_{\mathrm{GPS}}\left(i\right)>=v\_\mathrm{threshold},i=k-N+1,k-N+2,\·\·\·,k\\ \frac{1}{N-1}\underset{i=k-N+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{[v_{\mathrm{GPS}}\left(i\right)-\frac{1}{N}\underset{i=k-N+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{v}_{\mathrm{GPS}}\left(i\right))]}^2>v_{\mathrm{var}}\_\mathrm{threshold},k=N,2*N,3*N,\·\·\·\end{array}\right.$

其中，i为GPS的数据采集时刻；k为检测窗口边界；v_threshold为设定GPS速度可信的速度阈值；v_GPS(i)为i时刻GPS测量的速度；v_var_threshold为速度序列存在较大幅度变化的速度阈值，一般取为0.8～1.2；

(2)判断速度、速度方差是否符合上述检测条件，如果符合，构造GPS测量系统速度序列和DR测量系统速度序列，如果不符合，则等待下一检测窗口内的GPS、DR的测量数据。

GPS测量系统速度序列v_gps_sequence为：

v_gps_sequence＝{v_GPS(k-N+1)，v_GPS(k-N+2)，…，v_GPS(k)}，k＝N，2*N，3*N，…DR测量系统速度序列v_dr_sequence为：

$\left\{\begin{array}{c}{v}_{\mathrm{dr}}\_\mathrm{sequence}=\{v_{\mathrm{dr}}(k-N+1),v_{\mathrm{dr}}(k-N+2),\·\·\·,v_{\mathrm{dr}}\left(k\right)\},k=N,2*N,3*N,\·\·\·\\ v_{\mathrm{dr}}\left(i\right)=P_{\mathrm{od}}\left(i\right)*S,i=k-N+1,k-N+2,\·\·\·,k\end{array}\right.$

其中，i为GPS的数据采集时刻；k为检测窗口边界；v_dr(i)为i时刻里程仪测量的速度；P_od(i)为i-1～i时间段内里程仪测量的脉冲数；S为里程仪比例因子；

(3)采用速度序列检测方法进行检测，得到GPS滞后时间；

由于GPS与里程仪均是对同一运载体的速度进行测量，而里程仪的输出可看作实时的，因此可以利用里程仪的输出检测GPS的滞后时间。只有当两速度序列的输出为同步时，两速度序列的匹配程度最高。因此，若将v_gps_sequence整体向右平移后，能够使得新的

和v_dr_sequence两序列的差值的莱布尼茨范数最小，则

即为速度序列检测的GPS滞后时间。速度序列检测方法如下式所示：

$v_{\mathrm{gps}}^{\mathrm{new}}\_\mathrm{sequence}\left(T_1\right)=\{v_{\mathrm{gps}}(k-M+1+T_1),v_{\mathrm{gps}}(k-M+2+T_1),\·\·\·,v_{\mathrm{gps}}(k+T_1)\}$

k＝M，2*M，3*M，…，T₁＝-T_max1，…-1，0，1，…，T_max1

${\left|\right|v_{\mathrm{gps}}^{\mathrm{new}}\_\mathrm{sequence}\left(T_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}^v\right)-v_{\mathrm{dr}}\_\mathrm{sequence}\left|\right|}_F=\sqrt{\underset{i=k-N+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{(v_{\mathrm{GPS}}(i+T_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}^v)-v_{\mathrm{dr}}\left(i\right))}^2}=\min ,$ k＝N，2*N，3*N，…其中，||·||_F为向量的莱布尼茨范数，i为GPS的数据采集时刻；k为检测窗口边界；

为将v_gps_sequence向右平移T₁得到的新的GPS速度序列；T_max1为GPS可能的滞后时间范围，通常取3～5s；min为由所有新测GPS构造的速度序列和DR构造的速度序列差值的莱布尼茨范数的最小值，

为由速度序列检测的GPS滞后时间。

步骤四：设定航向差检测序列窗口与速度检测序列窗口内公共历元的重合度阈值C，若航向差检测序列窗口和速度检测序列窗口内公共历元的个数大于重合度阈值C，则根据测量元件精度，设定航向差序列检测可信因子及速度序列检测可信因子，进而确定GPS滞后时间；若航向差检测序列窗口和速度检测序列窗口内公共历元的个数小于重合度阈值C，则根据各自检测结果确定GPS滞后时间，具体包括以下几个步骤；

步骤a、设定航向差检测序列窗口与速度检测序列窗口内公共历元的重合度阈值C，C通常可取为M、N中较小者的75％；；

步骤b、如果航向差检测序列窗口和速度检测序列窗口内公共历元的个数大于重合度阈值C，进入步骤c；如果航向差检测序列窗口和速度检测序列窗口内公共历元的个数不大于重合度阈值C，进入步骤d；

步骤c、若航向差检测序列窗口和速度检测序列窗口内公共历元的个数大于重合度阈值C，则GPS滞后时间的确定方法为：

航向差序列检测方法和速度序列检测方法都是基于航位推算系统的实时输出性和短时高精度实现的，检测精度与航位推算系统中的惯性测量元件的精度相关，在应用中应依据实际系统测量元件的精度分别赋予两种检测方法以一定的检测可信因子，因此GPS测量系统的滞后时间为：

$T_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}={\mathrm{\α}}_1{T}_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}^{\mathrm{\ψ}}+{\mathrm{\α}}_2{T}_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}^v$

其中，α₁为航向差序列检测算法的置信因子；α₂为速度序列检测算法的置信因子；T_{gps_delay}为最终检测的GPS测量系统的滞后时间。

步骤d、若航向差检测序列窗口和速度检测序列窗口内公共历元的个数不大于重合度阈值C，则GPS滞后时间的确定方法为：

若最近时间段内采用了航向差检测方法，则GPS的滞后时间为：

$T_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}=T_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}^{\mathrm{\ψ}}$

若最近时间段内采用了速度检测方法，则GPS的滞后时间为：

$T_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}=T_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}^v$

步骤五：判断检测的GPS滞后时间是否小于零，若检测的GPS滞后时间小于零，则说明DR测量系统出现故障；若检测的GPS滞后时间大于零，则继续进行步骤二。

通过上述方法，基于惯性器件的实时输出性和短期高精度，构造GPS、DR双系统航向差检测序列和速度检测序列，自适应检测地GPS滞后时间，为进一步的GPS与其他导航系统的数据对准提供了准确的基础。

实施例：

实施例一中车辆的初始位置为：北向位置为4860881.020m，东向位置为686258.245m，速度为9.205m/s，航向角为358.890°，陀螺角速度为-0.039°/s，里程仪脉冲为24，里程仪刻度因子为0.39，陀螺仪零偏为0.08°，车辆运行时间为225s；

实施例二中车辆的初始位置为：北向位置为4849126.394m，东向位置为694404.999m，速度为11.137m/s，航向角为180.550°，陀螺角速度为-0.079°/s，里程仪脉冲为29，里程仪刻度因子为0.39，陀螺仪零偏为0.08°，车辆运行时间为127s；

为了考察本发明GPS滞后特性自适应检测方法的效果，在车辆运行过程中进行加速、减速和车辆转弯行为，检测结果的正确性由RTK差分系统来验证。应用本发明提供的一种基于GPS/DR组合导航系统的GPS滞后特性自适应检测方法，依据上述步骤，实施例一中检测的GPS滞后时间为1s，与RTK差分系统的检测结果一致，数据对准前后的实验结果如图2a～2d、图3a～3d所示。图中：带五角星虚线线为航位推算系统测量结果，带下三角实线为GPS原始信息的测量结果，带上三角实线为数据对准后GPS测量信息结果。GPS测量系统测量得到的车辆运行路径如图6所示。

依据上述步骤，实施例二中检测的GPS滞后时间为1s，与RTK差分系统的检测结果一致，数据对准前后的实验结果如图4a～4b、图5a～5d所示。图中：带五角星虚线为航位推算系统测量结果，带下三角实线为GPS原始信息的测量结果，带上三角实线为数据对准后GPS测量信息结果。GPS测量系统测量得到的车辆运行路径如图7所示。

Claims (7)

1.一种GPS滞后时间的自适应检测方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤一：分别采集同一运载体的GPS测量系统和DR测量系统的测量信号，其中，GPS测量信息包括位置、航向和速度，DR测量系统包括里程仪脉冲数和陀螺角速度；

步骤二：设定GPS航向差序列检测窗口宽度及检测判别阈值，基于GPS测量航向信息和陀螺仪测量角速度信息，分别构造GPS、DR系统的航向差检测序列，在检测条件下，进行GPS滞后时间自适应检测；

步骤三：设定GPS速度序列检测窗口宽度及检测判别阈值，基于GPS测量速度信息和里程仪速度信息，分别构造GPS、DR系统的速度检测序列，在检测条件下，进行GPS滞后时间自适应检测；

步骤四：设定航向差检测序列窗口与速度检测序列窗口内公共历元的重合度阈值C，若航向差检测序列窗口和速度检测序列窗口内公共历元的个数大于重合度阈值C，则根据测量元件精度，设定航向差序列检测可信因子及速度序列检测可信因子，进而确定GPS滞后时间；若航向差检测序列窗口和速度检测序列窗口内公共历元的个数小于重合度阈值C，则根据各自检测结果确定GPS滞后时间；

步骤五：判断检测的GPS滞后时间是否小于零，若检测的GPS滞后时间小于零，则说明DR测量系统出现故障；若检测的GPS滞后时间大于零，则继续进行步骤二。

2.根据权利要求1所述的一种GPS滞后时间的自适应检测方法，其特征在于，步骤二具体包括以下几个步骤；

(1)设定航向差序列检测窗口宽度及检测条件；

设定滞后检测窗口宽度为M，利用航向差序列进行GPS滞后特性检测的条件为：

$\left\{\begin{array}{c}{v}_{\mathrm{gps}}\left(i\right)>=v^{\mathrm{\ψ}}\_\mathrm{threshold},i=k-M+1,\·\·\·,k\\ \underset{i=k-M+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}\left|{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gyro}}^{\·}\left(i\right)\right|>\mathrm{\ψ}\_\mathrm{threshold},k=M,2*M,3*M,\·\·\·\end{array}\right.$

其中，v_gps(i)为GPS在i时刻测量的速度，i为GPS的数据采集时刻；k为检测窗口边界；v^ψ_threshold为设定GPS航向可信的速度阈值；

为i时刻陀螺仪测量的航向角速度；ψ_threshold为航向存在较大幅度变化的航向阈值；

(2)判断航向角、航向角速度是否符合上述检测条件，如果符合，构造GPS测量系统航向差序列和DR测量系统航向差序列，如果不符合，则继续等待下一检测窗口内的GPS、DR的测量数据；

GPS测量系统航向差序列Δψ_gps_sequence为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}\_\mathrm{sequence}=\{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}(k-M+1),\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}(k-M+2),\·\·\·,\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}\left(k\right)\},k=M,2*M,3*M,\·\·\·\\ \mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}\left(i\right)={{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}\left(i\right)-\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}(i-1),i=k-M+1,\·\·\·,k\end{array}\right.$

其中，Δψ_gps(i)表示GPS测量得到的i时刻与i-1时刻的航向角的差值，i为GPS的数据采集时刻，k为检测窗口边界；ψ_gps(i)为GPS测量得到的i时刻的航向角；

DR测量系统航向差序列Δψ_dr_sequence为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{dr}}\_\mathrm{sequence}=\{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{dr}}(k-M+1),\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{dr}}(k-M+2),\·\·\·,\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{dr}}\left(k\right)\},k=M,2*M,3*M,\·\·\·\\ \mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{dr}}\left(i\right)={\∫}_{i-1}^i{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gyro}}^{\·}\left(t\right)\mathrm{dt},i=k-M+1,\·\·\·,k\end{array}\right.$

其中，Δψ_dr(i)为在GPS一个测量周期内陀螺仪的积分得到的航向角的变化量，i为GPS的数据采集时刻；k为检测窗口边界；

为i时刻陀螺仪测量的航向角速度；

(3)采用航向差序列检测方法进行检测，得到GPS滞后时间；

航向差序列检测方法为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}^{\mathrm{new}}\_\mathrm{sequence}\left(T_0\right)=\{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}(k-M+1+T_0),{\mathrm{\Δ\ψ}}_{\mathrm{gps}}(k-M+2+T_0),\·\·\·,\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}(k+T_0)\}$

 k＝M，2*M，3*M，…，T₀＝-T_max，…-1，0，1，…，T_max

${\left|\right|\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{gps}}^{\mathrm{new}}\_\mathrm{sequence}\left(T_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}^{\mathrm{\ψ}}\right)-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{dr}}\_\mathrm{sequence}\left|\right|}_F=\sqrt{\underset{i=k-M+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\Δ\ψ}}_{\mathrm{gps}}(i+T_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}^{\mathrm{\ψ}})-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\ψ}}_{\mathrm{dr}}\left(i\right))}^2}=\min$

 k＝M，2*M，3*M，…

 其中，||·||_F为向量的莱布尼茨范数，

为将Δψ_gps_sequence向右平移T₀得到的新的GPS航向差序列；T_max为GPS可能的滞后时间范围，通常取为3～5s；i为GPS的数据采集时刻；k为检测窗口边界；min为由所有平移后的GPS构造的航向差序列和DR构造的航向差序列差值的莱布尼茨范数的最小值，

为使上式取得最小值的T₀的值，即由航向差序列检测的GPS滞后时间。

3.根据权利要求1所述的一种GPS滞后时间的自适应检测方法，其特征在于，步骤三具体包括以下几个步骤；

(1)设定速度序列检测窗口宽度及检测条件；

设定滞后检测窗口宽度为N，利用航向差序列进行GPS滞后特性检测的条件为：

$\left\{\begin{array}{c}{v}_{\mathrm{GPS}}\left(i\right)>=v\_\mathrm{threshold},i=k-N+1,k-N+2,\·\·\·,k\\ \frac{1}{N-1}\underset{i=k-N+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{[v_{\mathrm{GPS}}\left(i\right)-\frac{1}{N}\underset{i=k-N+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{v}_{\mathrm{GPS}}\left(i\right))]}^2>v_{\mathrm{var}}\_\mathrm{threshold},k=N,2*N,3*N,\·\·\·\end{array}\right.$

其中，i为GPS的数据采集时刻；k为检测窗口边界；v_threshold为设定GPS速度可信的速度阈值；v_GPS(i)为i时刻GPS测量的速度；v_var_threshold为速度序列存在较大幅度变化的速度阈值；

(2)判断速度、速度方差是否符合上述检测条件，如果符合，构造GPS测量系统速度序列和DR测量系统速度序列，如果不符合，则等待下一检测窗口内的GPS、DR的测量数据；

GPS测量系统速度序列v_gps_sequence为：

v_gps_sequence＝{v_GPS(k-N+1)，v_GPS(k-N+2)，…，v_GPS(k)}，k＝N，2*N，3*N，…DR测量系统速度序列v_dr_sequence为：

$\left\{\begin{array}{c}{v}_{\mathrm{dr}}\_\mathrm{sequence}=\{v_{\mathrm{dr}}(k-N+1),v_{\mathrm{dr}}(k-N+2),\·\·\·,v_{\mathrm{dr}}\left(k\right)\},k=N,2*N,3*N,\·\·\·\\ v_{\mathrm{dr}}\left(i\right)=P_{\mathrm{od}}\left(i\right)*S,i=k-N+1,k-N+2,\·\·\·,k\end{array}\right.$

其中，i为GPS的数据采集时刻；k为检测窗口边界；v_dr(i)为i时刻里程仪测量的速度；P_od(i)为i-1～i时间段内里程仪测量的脉冲数；S为里程仪比例因子；

(3)采用速度序列检测方法进行检测，得到GPS滞后时间；

速度序列检测方法如下式所示：

$v_{\mathrm{gps}}^{\mathrm{new}}\_\mathrm{sequence}\left(T_1\right)=\{v_{\mathrm{gps}}(k-M+1+T_1),v_{\mathrm{gps}}(k-M+2+T_1),\·\·\·,v_{\mathrm{gps}}(k+T_1)\}$

k＝M，2*M，3*M，…，T₁＝-T_max1，…-1，0，1，…，T_max1

${\left|\right|v_{\mathrm{gps}}^{\mathrm{new}}\_\mathrm{sequence}\left(T_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}^v\right)-v_{\mathrm{dr}}\_\mathrm{sequence}\left|\right|}_F=\sqrt{\underset{i=k-N+1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{(v_{\mathrm{GPS}}(i+T_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}^v)-v_{\mathrm{dr}}\left(i\right))}^2}=\min ,$ k＝N，2*N，3*N，…

其中，||·||_F为向量的莱布尼茨范数，i为GPS的数据采集时刻；k为检测窗口边界；

为将v_gps_sequence向右平移T₁得到的新的GPS速度序列；T_max1为GPS可能的滞后时间范围，通常取3～5s；min为由所有新测GPS构造的速度序列和DR构造的速度序列差值的莱布尼茨范数的最小值，为由速度序列检测的GPS滞后时间。

4.根据权利要求1所述的一种GPS滞后时间的自适应检测方法，其特征在于，步骤四具体包括以下几个步骤；

步骤a、设定航向差检测序列窗口与速度检测序列窗口内公共历元的重合度阈值C，C通常可取为M、N中较小者的75％；

步骤b、如果航向差检测序列窗口和速度检测序列窗口内公共历元的个数大于重合度阈值C，进入步骤c；如果航向差检测序列窗口和速度检测序列窗口内公共历元的个数不大于重合度阈值C，进入步骤d；

步骤c、若航向差检测序列窗口和速度检测序列窗口内公共历元的个数大于重合度阈值C，则GPS滞后时间的确定方法为：

GPS测量系统的滞后时间为：

$T_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}={\mathrm{\α}}_1{T}_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}^{\mathrm{\ψ}}+{\mathrm{\α}}_2{T}_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}^v$

其中，α₁为航向差序列检测算法的置信因子；α₂为速度序列检测算法的置信因子；T_{gps_delay}为最终检测的GPS测量系统的滞后时间；

步骤d、若航向差检测序列窗口和速度检测序列窗口内公共历元的个数不大于重合度阈值C，则GPS滞后时间的确定方法为：

若最近时间段内采用了航向差检测方法，则GPS的滞后时间为：

$T_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}=T_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}^{\mathrm{\ψ}}$

若最近时间段内采用了速度检测方法，则GPS的滞后时间为：

$T_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}=T_{\mathrm{gps}\_\mathrm{delay}}^v$

5.根据权利要求2所述的一种GPS滞后时间的自适应检测方法，其特征在于，所述的ψ_threshold取值为25°～35°。

6.根据权利要求3所述的一种GPS滞后时间的自适应检测方法，其特征在于，所述的v_var_threshold取值为0.8～1.2。

7.根据权利要求4所述的一种GPS滞后时间的自适应检测方法，其特征在于，所述的，C取M、N中较小者的75％。

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