CN103472471A - 一种卫星导航系统信息可用性判定方法、处理模块及终端 - Google Patents

一种卫星导航系统信息可用性判定方法、处理模块及终端 Download PDF

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Abstract

一种卫星导航系统信息可信性判定方法，包括步骤：获取辅助传感器或地图数据库中的冗余信息；把获取的冗余信息制作成标准样本；通过所述标准样本来判断当前GNSS信号是否存在信号漂移；若是，获取判定GNSS信号漂移的复活样本，使用所述复活样本与所述信号漂移的数据进行对比，判断是否可以复活为非漂移状态；若是，当前GNSS信号可信。该方法可以大大提高系统的定位精度，进而提升整个导航系统或设备终端的性能。同时，本发明还提供一种信息处理芯片、信息处理模块以及终端。

Description

一种卫星导航系统信息可用性判定方法、处理模块及终端
技术领域
本发明涉及卫星导航领域，特别涉及一种卫星导航系统信息可用性判定方法、处理模块及终端。
背景技术
在现有的组合导航设备中，由于复杂的使用环境造成的信号干扰或遮蔽，使得卫星信号的漂移成为常见的问题。目前，针对卫星信号漂移的判别和处理多集中在针对接收机本身的电路改进和信号延时估计处理方面，这些针对漂移的判定或者处理方法不管是接收机硬件电路的改进，还是算法模型的改进，所取得的效果并不理想。由于没有外部的冗余信息的介入，仅仅依靠卫星信号本身来消除判别信号的漂移，本身就具有局限性，并不能真正解决目前终端设备在复杂环境下因GNSS信号漂移而带来的定位错误问题。
发明内容
基于上述情况，本发明提出了一种卫星导航系统信息可用性判定方法，该方法主要利用辅助传感器或地图数据库获取的冗余信息；把获取的冗余信息制作成标准样本；通过所述标准样本来判断当前GNSS信号是否存在信号漂移；若是，获取可以判定GNSS信号漂移的复活样本，使用所述复活样本与所述信号漂移的数据进行对比，判断是否可以复活为非漂移状态；若是，当前GNSS信号可信；通过这个方式可以更加精准地筛选当前GNSS信号中的有用信息，可以有效提高GNSS信号的信号利用率。
一种卫星导航系统信息可用性判定方法，包括步骤：
获取辅助传感器或地图数据库中的冗余信息；把获取的冗余信息制作成标准样本；通过所述标准样本来判断当前GNSS信号是否存在信号漂移；若是，获取可以判定GNSS信号漂移的复活样本，使用所述复活样本与所述信号漂移的数据进行对比，判断是否可以复活为非漂移状态；若是，当前GNSS信号可信；所述复活样本是利用冗余信息构建的位置差，航向差复活样本序列。
所述复活样本是使用冗余信息构造的位置差序列和航相差序列。
若所述GNSS信号不可以复活为非漂移状态，则所述GNSS信号不可信。
所述标准样本采用滑窗法来构造无漂移GNSS信号序列。
本发明同时公开了，一种应用了上述方法的卫星导航系统信号处理芯片。
本发明同时公开了，一种应用了上述处理芯片的卫星导航系统信号处理模块。
本发明同时公开了，一种应用了上述卫星导航系统信号处理模块的终端。
相对于现有技术，本发明提供的一种卫星导航系统信息可用性判定方法，可以应用于现有的车载导航终端或者组合导航系统或终端，既不需要用户增添额外的硬件开销，也不需要用户对现有的软件架构进行修改，可以直接嵌入组合导航系统中，利用现有的资源即可实现对GNSS信号进行漂移判定。使用本方法可以大大提高系统的定位精度，进而提升整个导航系统或设备终端的性能。
附图说明
图1是本发明的一种卫星导航系统信息可用性判定方法实施例的流程示意图；
图2是本发明判断当前GNSS信号状况判定流程示意图。
具体实施方式
以下结合其中的较佳实施方式对本发明方案进行详细阐述。
图1中示出了本发明一种卫星导航系统信息可用性判定方法实施例的流程示意图。
S101：获取辅助传感器或地图数据库中的冗余信息。
S102：把获取的冗余信息制作成标准样本，并对样本进行评估。
对样本进行评估的过程如下：
1）确定获取的标准样本是否满足设定的条件和阈值，若满足则保留，否则舍弃，这些条件包括：
（i）GNSS信号状态：                                                
Figure 320069DEST_PATH_IMAGE001
，表示GNSS信息可以使用；
（ii）位置精度指征：，
Figure 12585DEST_PATH_IMAGE004
表示位置精度指征允许的最大阈值；
（iii）航向精度指征：
Figure 533302DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 184864DEST_PATH_IMAGE006
表示航向精度指征允许的最大阈值；
（vi）速度精度指征：
Figure 26918DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 422127DEST_PATH_IMAGE008
表示速度精度指征允许的最大阈值；
（v）综合权值：
Figure 298816DEST_PATH_IMAGE009
，
Figure 121279DEST_PATH_IMAGE010
表示综合权值允许的最大阈值；
（vi）辅助传感器工作状态：
Figure 450629DEST_PATH_IMAGE011
，SEN_ON表示辅助传感器工作正常；
（vii）地图匹配状态：
Figure 649529DEST_PATH_IMAGE012
，表示地图匹配状态的阈值。
2）使用滑窗法构造无漂移GNSS信号下的标准样本序列：
      
Figure 875553DEST_PATH_IMAGE014
                   （1）
       
Figure 692200DEST_PATH_IMAGE015
                   （2）
D、H分别为位置误差和航向误差序列，n为滑窗窗口大小，其中，
         
Figure 694791DEST_PATH_IMAGE016
                                （3）
表示经度位置误差，
Figure 444758DEST_PATH_IMAGE018
表示纬度位置误差；
          
Figure 686383DEST_PATH_IMAGE019
              （4）
Figure 289403DEST_PATH_IMAGE020
表示第个标准参考经度坐标位置，
Figure 228147DEST_PATH_IMAGE021
表示第i个GNSS经度坐标位置，
Figure 828892DEST_PATH_IMAGE022
表示坐标转换因子，经过转换后的
Figure 354552DEST_PATH_IMAGE023
单位为：米；
         
Figure 698945DEST_PATH_IMAGE024
               （5）
Figure 993660DEST_PATH_IMAGE025
表示第i个标准参考纬度坐标位置，
Figure 765307DEST_PATH_IMAGE026
表示第i个GNSS纬度坐标位置，
Figure 778263DEST_PATH_IMAGE027
表示坐标转换因子，经过转换后的单位为：米；
              
Figure 660768DEST_PATH_IMAGE028
                                 （6）
表示第i个标准参考航向角，
Figure 519582DEST_PATH_IMAGE030
表示第i个GNSS输出航向角；
3）设定采样条件阈值，构造标准采样序列，设定条件阈值为：
              
Figure 19833DEST_PATH_IMAGE031
                              （7）
               
Figure 706030DEST_PATH_IMAGE032
                          （8）
其中rd，rh为依据概率准则获取的误差圆半径和允许角度误差，k为误差放大倍数。若标准采样序列全部满足条件则计算滑窗口范围内的数据的均值及均方差，若标准采用序列内有个别野值（此处野值为离散的非正确数据）则使用均值替代，若野值数量超过允许范围，则清空采用序列，重新构架采用序列。
S103：通过标准样本判断当前GNSS信号是否存在信号漂移现象，如果判定信号存在漂移则进入S104，否则进入S106，如图2所示，其判定过程如下：
S1031：构建当前GNSS信息与冗余信息的位置误差序列样本和航向误差序列样本作为待比对样本，并计算位置误差、航向差序列的均方差将其作为第一预设阈值：
     
Figure 975337DEST_PATH_IMAGE033
              （9）
      
Figure 88786DEST_PATH_IMAGE034
            （10）
S1032：若标准样本的位置误差序列样本和航向误差序列样本大于第一预设阈值，则认为GNSS信号发生了信号漂移现象，否则GNSS信息正常。
S104：获取可以判定GNSS信号漂移复活样本。这里复活样本是指使用冗余信息构造的位置差序列和航相差序列，作为判定GNSS信息是否漂移的复活样本。
为了提供信息的可用度，对样本的可用性、忠实程度进行评价，其方法为：
S1041：使用GNSS数据帧中的信息和冗余信息，采用不同于标准样本变化序列的算法构建复活观测距离序列和复活角度变化观测序列：
        
Figure 76334DEST_PATH_IMAGE035
              （11）
           
Figure 300642DEST_PATH_IMAGE036
            （12）
其中，
           
Figure 188570DEST_PATH_IMAGE037
                                         （13）
Figure 207342DEST_PATH_IMAGE038
为第i时刻的速度信息，
Figure 619869DEST_PATH_IMAGE039
为采样周期；
           
Figure 710184DEST_PATH_IMAGE040
                                              （14）
Figure 891767DEST_PATH_IMAGE041
为第i时刻的角度变化信息，
Figure 409336DEST_PATH_IMAGE042
为采样周期；
S1042：分别对两组样本的位置误差变化序列、航向误差变化序列内的参数做差进行比较，并求得记录此时间段内位置差和航向差的均值和方差，若均值和方差均小于设定阈值则认为复活样本具有有效性，反之若均值或方差有任一不满足条件则认为复活样本无效。
S105：使用复活样本和被判定为漂移的数据比对，通过评价确认被判定漂移的GNSS数据是否可以复活为非漂移状态。复活样本的距离差序列、航向差序列的均方差设定为第二预设阈值，如果GNSS数据小于第二预设阈值，若获取所述信号漂移数据距离差序列、航向序列差的均方差小于所述的第二预设阈值，则说明此段时间GNSS测量输出的轨迹是光滑的不存在信号漂移现象，可以复活GNSS信号，否则，说明GNSS信号存在漂移，不能复活GNSS信号漂移的判定。
S106：使用第三步和第五步的判定结果，输出当前GNSS信息的可信程度，可信程度划分为2级分别为：
Figure 43580DEST_PATH_IMAGE043
GNSS信号完全可信，信号不存在漂移，
Figure 672007DEST_PATH_IMAGE044
信号存在漂移不可以使用。
通过使用本方法对GNSS数据进行判定，并通过实际道路跑车实验来测试并验证该方法的有效性和可用性，验证过程如下所述：
（1） 获取城市复杂环境下的测试数据，这些区域包括：高楼林立的区域(此区域由于高楼外围玻璃墙的存在，GNSS信息会存在严重的漂移)；隧道(此区域在进出隧道时由于长时间未获得卫星信息，可能存在信息漂移)；林荫道及高架桥下等区域 。
（2）对获取的数据使用本方法对GNSS数据进行判漂处理，并在判漂处理的基础上对GNSS数据进行修正处理。
表1为使用本方法前后的位置误差和均方差，从统计数据分析来看，GNSS定位精度较差，位置误差均值较大，其值基本全部处于可以接受的阈值之外，从均方差的统计结果可以看出GNSS信号的波动较大，而经过判漂处理后的数据，其均值完全处于可以接受的阈值内，修正后的信号也较为平滑，基本能够反映车辆行驶的真实轨迹。表2为判漂前后的航向角误差统计，从统计结果来看GNSS的航向角误差均值较大，在信号漂移期间，其误差均值大部分处于可以接受的阈值之外，航向角曲线波动非常大，而修正后的航向角曲线则较为平滑且其均值均处于可以接受的阈值范围内。
表 
Figure 973675DEST_PATH_IMAGE045
 GNSS判漂前后的位置误差和方差表
Figure 163611DEST_PATH_IMAGE046
表 2 GNSS判漂前后的航向误差和方差表
Figure 285150DEST_PATH_IMAGE047
 
进一步地，本发明应用了如上述方法的卫星导航系统信号处理芯片。
进一步地，本发明应用了所述卫星导航系统信号处理芯片的卫星导航系统信号处理模块。
进一步地，本发明还应用了上述卫星导航系统信号处理模块的终端。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种卫星导航系统信息可信性判定方法，其特征在于，包括步骤：
获取辅助传感器或地图数据库中的冗余信息；把获取的冗余信息制作成标准样本；通过所述标准样本来判断当前GNSS信号是否存在信号漂移；若是，获取判定GNSS信号漂移的复活样本，使用所述复活样本与所述信号漂移的数据进行对比，判断是否可以复活为非漂移状态；若是，当前GNSS信号可信。
2.根据权利要求1所述的判定方法，其特征在于，所述复活样本是使用冗余信息构造的位置差序列和航相差序列。
3.根据权利要求1所述的判定方法，其特征在于，若所述GNSS信号不可以复活为非漂移状态，则所述GNSS信号不可信。
4.根据权利要求1所述的判定方法，其特征在于，所述标准样本采用滑窗法来构造非漂移GNSS信号序列。
5.根据权利要求4所述的判定方法，其特征在于，所述标准样本采用滑窗法来构造非漂移GNSS信号序列为：
                                                  
Figure 2013103803623100001DEST_PATH_IMAGE001
Figure 2013103803623100001DEST_PATH_IMAGE002
                     
D、H分别为位置误差序列和航向误差序列，n为滑窗窗口大小，其中，
Figure 2013103803623100001DEST_PATH_IMAGE003
                          
Figure 2013103803623100001DEST_PATH_IMAGE004
表示经度位置误差，
Figure 2013103803623100001DEST_PATH_IMAGE005
表示纬度位置误差；
 
Figure 2013103803623100001DEST_PATH_IMAGE006
                  
表示第个标准参考经度坐标位置，
Figure 2013103803623100001DEST_PATH_IMAGE008
表示第i个GNSS经度坐标位置，
Figure 2013103803623100001DEST_PATH_IMAGE009
表示坐标转换因子；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
                        
Figure 2013103803623100001DEST_PATH_IMAGE011
表示第i个标准参考纬度坐标位置，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
表示第i个GNSS纬度坐标位置，表示坐标转换因子；
                                      
Figure 2013103803623100001DEST_PATH_IMAGE015
表示第i个标准参考航向角，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
表示第i个GNSS输出航向角。
6.根据权利要求4所述的判定方法，其特征在于，通过所述标准样本来判断当前GNSS信号是否存在信号漂移的方法包括：使用当前GNSS信息与所述冗余信息的位置差序列样本和航向误差序列样本作为第一预设阈值，若标准样本的位置误差序列样本和航向误差序列样本大于第一预设阈值，则所述GNSS信号发生了信号漂移现象。
7.根据权利要求1-6所述的判定方法，其特征在于，所述复活样本与所述信号漂移的数据进行对比的步骤包括：将所述复活样本的距离差序列、航向差序列的均方差设定为第二预设阈值，若获取所述信号漂移数据距离差序列、航向序列差的均方差小于所述的第二预设阈值，所述的信号漂移数据可以复活为非漂移数据。
8.一种应用了如权利要求1-7所述方法的卫星导航系统信号处理芯片。
9.一种包括如权利要求8所述处理芯片的卫星导航系统信号处理模块。
10.一种应用了如权利要求9所述卫星导航系统信号处理模块的终端。
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