CN103454653A - 一种基于gps系统的野值替换方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GPS系统的野值替换方法及装置，用于解决现有技术中对GPS系统的野值进行处理的方式效率较低的问题。该方法包括：判断接收到的车载GPS的定位数据中是否出现野值；如果是，则使用当前接收到的车载GPS系统中的惯性元件的航位推算的结果替换GPS的定位数据。该方案降低了处理器的负担，提高了对野值的处理效率。

Description

一种基于GPS系统的野值替换方法及装置

技术领域

本发明涉及交通车载定位领域，具体而言，涉及一种基于GPS系统的野值替换方法及装置。

背景技术

GPS（全球定位系统，Global Positioning System）可以提供实时、全天候和全球性的导航服务，以及车辆定位、防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功能。GPS技术已经逐渐融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的等各个应用领域。并且，随着城市车辆保有量的急剧增加，城市道路拥挤不堪，交通事故频频发生，目前GPS技术已经应用于城市道路拥堵收费，显著提高城市道路运营的效率和增加行车的安全性。但是GPS信号存在随机差、野值、信号攻击等问题。野值是指工程领域中由于传感器发生突发性故障时的采样信息或含过失误差的测量数据，GPS定位模块由于受到电磁干扰、接收机热噪声、电路稳定性等因素的影响也会产生野值，需要及时发现并剔除。针对这些问题，目前可以通过卡尔曼滤波算法，野值处理、信号攻击处理算法等加以解决。目前已有的针对野值处理的方法主要有基于统计的方法，基于数据统计特性的门限判别方法等，例如，3σ算法、基于Kalman估计的野值剔除方法以及基于信号的时域和频域特性的分析方法。然而，这些处理方法计算复杂，耗时较长，增加了处理器的负担，导致处理效率较低。

发明内容

本发明提供了一种基于GPS系统的野值替换方法及装置，用于解决现有技术中对GPS系统的野值进行处理时效率较低的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于GPS系统的野值替换方法，包括：

判断接收到的车载GPS的定位数据中是否出现野值；如果是，则使用当前接收到的车载GPS系统中的惯性元件的航位推算的结果替换GPS的定位数据。

其中，判断接收到的车载GPS的定位数据中是否出现野值包括：

从当前以及上一次接收到的GPS的定位数据中获取车辆的位置信息以及速度信息；分别对接收到的位置信息以及速度信息进行比较，确定在两次接收定位数据的时间段内车辆的第一位移以及速度的第一差值；判断第一位移是否大于第一阈值，以及第一差值是否大于第二阈值；如果第一位移大于第一阈值，或第一差值大于第二阈值，确定当前接收到的GPS定位数据出现野值；如果第一位移不大于第一阈值，并且第一差值不大于第二阈值，将惯性元件上一次航位推算的结果作为系统上一次的定位数据，将航位推算的结果与当前接收到的定位数据进行比较，确定两次接收定位数据的时间段内车辆的第二位移以及速度的第二差值；判断第二位移是否大于第一阈值，以及第二差值是否大于第二阈值；如果第二位移大于第一阈值，或第二差值大于第二阈值，则确定当前接收到的GPS定位数据中出现野值。

其中，上述车辆的位置信息为车辆所处位置的经度值以及纬度值。

进一步地，上述方法还包括：当第一位移不大于第一阈值、第一差值不大于第二阈值、第二位移不大于第一阈值并且第二差值不大于第二阈值时，对当前接收到的GPS定位模块的定位数据进行卡尔曼滤波。

根据本发明的另一个发面，提供了一种基于GPS系统的野值替换装置，包括：判断模块，用于判断接收到的车载GPS的定位数据中是否出现野值；替换模块，用于当判断模块的判断结果为是时，使用当前接收到的车载GPS系统中的惯性元件的航位推算的结果替换GPS的定位数据。

其中，上述判断模块包括：获取单元，用于从当前以及上一次接收到的GPS的定位数据中获取车辆的位置信息以及速度信息；比较单元，用于分别对接收到的位置信息以及速度信息进行比较，确定在两次接收定位数据的时间段内车辆的第一位移以及速度的第一差值；第一判断单元，用于判断第一位移是否大于第一阈值，以及第一差值是否大于第二阈值；第一确定单元，用于当第一判断单元的判断结果为第一位移大于第一阈值，或第一差值大于第二阈值，确定当前接收到的GPS定位数据出现野值；比较单元，用于当第一判断单元的判断结果为第一位移不大于第一阈值，并且第一差值不大于第二阈值，将惯性元件上一次航位推算的结果作为系统上一次的定位数据，将航位推算的结果与当前接收到的定位数据进行比较，确定两次接收定位数据的时间段内车辆的第二位移以及速度的第二差值；第二判断单元，用于判断第二位移是否大于第一阈值，以及第二差值是否大于第二阈值；第二确定单元，用于当第二判断单元的判断结果为第二位移大于第一阈值，或第二差值大于第二阈值，则确定当前接收到的GPS定位数据中出现野值。

进一步地，上述装置还包括：滤波模块，用于当第一位移不大于第一阈值、第一差值不大于第二阈值、第二位移不大于第一阈值并且第二差值不大于第二阈值时，对当前接收到的GPS定位模块的定位数据进行卡尔曼滤波。

本发明的技术方案，通过对比连续两次接收到的GPS定位模块输出的定位数据，确定GPS输出数据是否出现野值，当出现野值时，通过车载GPS系统中的惯性元件进行航位推算，使用航位推算得到的定位数据替换GPS输出的野值，该方案仅仅通过对比接收到的GPS数据及可判断是否出现野值，操作较为简单，降低了处理器的负担。同时利用了惯性元件航位推算在短时间内精度较高的优点，在判断出现野值后，采用航位推算得到的定位数据来替换野值，确保了GPS定位的准确性。

附图说明

图1是本发明的基于GPS系统的野值替换方法的流程图；

图2是本发明中当GPS系统输出连续野值时的处理流程图；

图3是本发明的一种基于GPS系统的野值替换装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明实施例作进一步详细的说明。

图1是本发明的基于GPS系统的野值替换方法的流程图。

步骤101：判断接收到的车载GPS的定位数据中是否出现野值；

步骤102：如果出现野值，则使用当前接收到的车载GPS系统中的惯性元件的航位推算的结果替换GPS的定位数据。

其中，上述步骤101具体可以按照以下具体步骤执行：

步骤201：从当前以及上一次接收到的GPS的定位数据中获取车辆的位置信息以及速度信息；

步骤202：分别对接收到的位置信息以及速度信息进行比较，确定在两次接收定位数据的时间段内车辆的第一位移以及速度的第一差值；

步骤203：判断第一位移是否大于第一阈值，以及第一差值是否大于第二阈值；

步骤204：如果第一位移大于第一阈值，或第一差值大于第二阈值，确定当前接收到的GPS定位数据中出现野值；

步骤205：如果第一位移不大于第一阈值，并且第一差值不大于第二阈值，将GPS定位系统中的惯性元件上一次航位推算的结果作为系统上一次的定位数据，将航位推算的结果与当前接收到的定位数据进行比较，确定两次接收定位数据的时间段内车辆的第二位移以及速度的第二差值；

步骤206：判断第二位移是否大于第一阈值，以及第二差值是否大于第二阈值；

步骤207：如果第二位移大于第一阈值，或第二差值大于第二阈值，则确定当前接收到的GPS定位数据中出现野值。

由于车载GPS模块可以通过GPS天线接收卫星信号，经过解算后每秒产生定位信息，在步骤201中，可以对连续两次接收到的定位数据进行解析，从而获取车辆的位置信息以及速度信息，其中，位置信息可以是车辆所处位置的经度以及维度值。通过在步骤202中分别对两次位置信息以及速度信息进行比较，可以得出两次接收定位数据时间间隔内车辆的位移，以及速度的差值，在步骤203中，当判断出车辆在接收定位数据的时间间隔内的位移大于一个预先设定的阈值，或判断出两次接收定位数据中的速度之差大于预先设定的另一个阈值时，说明GPS定位数据出现野值或收到信号攻击，此时的定位数据是错误的，需要使用正确的定位数据来替换这些数据。在步骤205中，如果第一位移不大于第一阈值，并且第一差值不大于第二阈值，这种情况并不能说明当前GPS定位数据为野值，也可能是连续两次接收到的GPS定位数据都为野值，此时，可以采用GPS定位系统中的惯性元件在上一时刻即上一次航位推算的结果作为系统上一时刻的定位值，将本次接收到的GPS定位数据与上一次航位推算的结果进行比，由于航位推算的结果是较为准确的定位数据，因此，与该结果进行比较，可以确定出当前接收到的GPS定位数据是否为野值。同时，如果确定出当前接收到的GPS定位数据为野值，则说明GPS定位数据出现了连续野值。

此外，需要说明的是，本发明所提到GPS定位模块必须为具有惯性元件的定位模块。该惯性元件按照固定的时间产生定位数据，由于元件的随着定位时间的增加会产生累积，这样会导致在较长时间段后，该元件的定位数据的误差较大，这时则采用GPS定位模块的定位数据对其进行校准。这样可以确保惯性元件的定位数据的准确性，因此利用惯性元件在短暂时间段内定位精度较高的优点可以解决GPS定位模块出现的野值的问题。

此外，当第一位移不大于所述第一阈值、第一差值不大于第二阈值、所述第二位移不大于第一阈值并且第二差值不大于所述第二阈值时，对当前接收到的GPS定位模块的定位数据进行卡尔曼滤波。此时说明GPS定位模块发出的定位数据正常，此时可以仅对当前接收到的定位数据进行卡尔曼滤波。该滤波方式根据前一个估计值和最近一个观测数据来估计信号的当前值，对接收到的GPS定位数据进行卡尔曼滤波可以有效降低、分离GPS信号中所含的噪声，并消除信号中的随机误差，因此可以进一步提高定位系统的定位精度。

图3是本发明的一种基于GPS系统的野值替换装置的结构框图。

如图3所示，该装置30包括以下组成部分：

判断模块31，用于判断接收到的车载GPS的定位数据中是否出现野值；

替换模块32，用于当判断模块的判断结果为是时，使用当前接收到的车载GPS系统中的惯性元件的航位推算的结果替换GPS的定位数据。

当GPS定位模块输出的定位数据出现连续野值时，其会在连续的时间内输出误差较大的定位值，当出现连续的GPS信号攻击时，GPS定位模块则会在连续的时间内输出错误的定位值。这时，采用连续两次接收到的GPS定位数据也许都是不准确的，此时可以采用惯性元件进行航位推算的结果作为基准，将接收到的GPS定位数据与该航位推算的结果相比，来判断当前接收到的GPS定位数据是否为野值。因此，当GPS定位模块出现连续野值时，上述装置30还需要包括以下组成部分：

获取单元，用于从当前以及上一次接收到的GPS的定位数据中获取车辆的位置信息以及速度信息；比较单元，用于分别对接收到的位置信息以及速度信息进行比较，确定在两次接收定位数据的时间段内车辆的第一位移以及速度的第一差值；第一判断单元，用于判断第一位移是否大于第一阈值，以及第一差值是否大于第二阈值；第一确定单元，用于当第一判断单元的判断结果为第一位移大于第一阈值，或第一差值大于第二阈值，确定当前接收到的GPS定位数据出现野值；比较单元，用于当第一判断单元的判断结果为第一位移不大于第一阈值，并且第一差值不大于第二阈值，将惯性元件上一次航位推算的结果作为系统上一次的定位数据，将航位推算的结果与当前接收到的定位数据进行比较，确定两次接收定位数据的时间段内车辆的第二位移以及速度的第二差值；第二判断单元，用于判断第二位移是否大于第一阈值，以及第二差值是否大于第二阈值；第二确定单元，用于当第二判断单元的判断结果为第二位移大于第一阈值，或第二差值大于第二阈值，则确定当前接收到的GPS定位数据中出现野值。

为了当GPS定位模块输出的定位数据中未出现野值时，能够通过消除随机误差来提高其输出定位数据的精度，上述装置30还可以进一步包括：

滤波模块，用于滤波模块，用于当第一位移不大于第一阈值、第一差值不大于第二阈值、第二位移不大于第一阈值并且第二差值不大于第二阈值时，对当前接收到的GPS定位模块的定位数据进行卡尔曼滤波。

本发明的技术方案，通过对比连续两次接收到的GPS定位模块输出的定位数据，确定GPS输出数据是否出现野值，当出现野值时，通过车载GPS系统中的惯性元件进行航位推算，使用航位推算得到的定位数据替换GPS输出的野值。该方案仅仅通过对比接收到的GPS数据及可判断是否出现野值，操作较为简单，降低了处理器的负担。同时利用了惯性元件航位推算在短时间内精度较高的优点，在判断出现野值后，采用航位推算得到的定位数据来替换野值，确保了GPS定位的准确性。此外，通过卡尔曼滤波方式降低、分离GPS信号中所含的噪声，并消除信号中的随机误差，因此可以进一步提高定位系统的定位精度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于GPS系统的野值替换方法，其特征在于，包括：

判断接收到的车载GPS的定位数据中是否出现野值；

如果是，则使用当前接收到的车载GPS系统中的惯性元件的航位推算的结果替换所述GPS的定位数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断接收到的车载GPS的定位数据中是否出现野值包括：

从当前以及上一次接收到的GPS的定位数据中获取车辆的位置信息以及速度信息；

分别对接收到的位置信息以及速度信息进行比较，确定在两次接收定位数据的时间段内车辆的第一位移以及速度的第一差值；

判断所述第一位移是否大于第一阈值，以及所述第一差值是否大于所述第二阈值；

如果所述第一位移大于所述第一阈值，或所述第一差值大于所述第二阈值，确定所述当前接收到的GPS定位数据出现野值；

如果所述第一位移不大于所述第一阈值，并且所述第一差值不大于所述第二阈值，将所述惯性元件上一次航位推算的结果作为系统上一次的定位数据，将所述航位推算的结果与所述当前接收到的定位数据进行比较，确定两次接收定位数据的时间段内车辆的第二位移以及速度的第二差值；

判断所述第二位移是否大于所述第一阈值，以及所述第二差值是否大于所述第二阈值；

如果所述第二位移大于所述第一阈值，或所述第二差值大于所述第二阈值，则确定所述当前接收到的GPS定位数据中出现野值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述车辆的位置信息为车辆所处位置的经度值以及纬度值。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述第一位移不大于所述第一阈值、所述第一差值不大于所述第二阈值、所述第二位移不大于所述第一阈值并且所述第二差值不大于所述第二阈值时，对所述当前接收到的GPS定位模块的定位数据进行卡尔曼滤波。

5.一种基于GPS系统的野值替换装置，其特征在于，包括：

判断模块，用于判断接收到的车载GPS的定位数据中是否出现野值；

替换模块，用于当所述判断模块的判断结果为是时，使用当前接收到的车载GPS系统中的惯性元件的航位推算的结果替换所述GPS的定位数据。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述判断模块包括：

获取单元，用于从当前以及上一次接收到的GPS的定位数据中获取车辆的位置信息以及速度信息；

比较单元，用于分别对接收到的位置信息以及速度信息进行比较，确定在两次接收定位数据的时间段内车辆的第一位移以及速度的第一差值；

第一判断单元，用于判断所述第一位移是否大于第一阈值，以及所述第一差值是否大于所述第二阈值；

第一确定单元，用于当所述第一判断单元的判断结果为所述第一位移大于所述第一阈值，或所述第一差值大于所述第二阈值，确定所述当前接收到的GPS定位数据出现野值；

比较单元，用于当所述第一判断单元的判断结果为所述第一位移不大于所述第一阈值，并且所述第一差值不大于所述第二阈值，将所述惯性元件上一次航位推算的结果作为系统上一次的定位数据，将所述航位推算的结果与所述当前接收到的定位数据进行比较，确定两次接收定位数据的时间段内车辆的第二位移以及速度的第二差值；

第二判断单元，用于判断所述第二位移是否大于所述第一阈值，以及所述第二差值是否大于所述第二阈值；

第二确定单元，用于当所述第二判断单元的判断结果为所述第二位移大于所述第一阈值，或所述第二差值大于所述第二阈值，则确定所述当前接收到的GPS定位数据中出现野值。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

滤波模块，用于当所述第一位移不大于所述第一阈值、所述第一差值不大于所述第二阈值、所述第二位移不大于所述第一阈值并且所述第二差值不大于所述第二阈值时，对所述当前接收到的GPS定位模块的定位数据进行卡尔曼滤波。

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