CN109188478A - 一种利用地图辅助的城市环境卫星定位导航方法及装置 - Google Patents

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    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/421—Determining position by combining or switching between position solutions or signals derived from different satellite radio beacon positioning systems; by combining or switching between position solutions or signals derived from different modes of operation in a single system
    • G01S19/423—Determining position by combining or switching between position solutions or signals derived from different satellite radio beacon positioning systems; by combining or switching between position solutions or signals derived from different modes of operation in a single system by combining or switching between position solutions derived from different satellite radio beacon positioning systems

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Abstract

本发明提供了一种利用地图辅助的城市环境卫星定位导航方法及装置，其中方法包括：获取待定位车辆的运动模型，计算纵向误差；获取城市道路的车道宽度信息，计算横向误差；获取一颗GNSS卫星提供的第一伪距信息，并获取另一颗GNSS卫星提供的第二伪距信息，获取待定位车辆所在道路在电子地图中的先验位置信息以及先验高度信息；利用纵向误差、横向误差、第一伪距信息、第二伪距信息、先验位置信息以及先验高度信息进行最小二乘法计算，获取待定位车辆的定位结果。在利用城市电子地图的基础上，即使在仅接收来自两个导航卫星的信号时，也能确保存在GNSS导航。

Description

一种利用地图辅助的城市环境卫星定位导航方法及装置
技术领域
本发明涉及全球导航卫星系统领域，尤其涉及一种利用地图辅助的城市环境卫星定位导航方法及装置。
背景技术
在城市环境中，对于载人和无人驾驶车辆来说，发展可靠的导航系统的紧迫性越来越大。实际中常用的全球卫星定位导航系统(GNSS)在同时接收来自4个不同的导航卫星的信号时，接收机可以独立的给出精确的定位结果。众所周知，由于高层建筑物对导航信号存在遮挡和反射的问题，因此在“城市峡谷”中，GNSS接收机精度下降。
汽车等运载体的GNSS接收机中均存储有城市道路地图，包含了道路的已知海拔以及汽车上的GNSS天线的高度。在初始阶段，有四颗或更多颗的卫星，并存在经典的导航方案。在某个时刻，汽车驶入深深的“城市峡谷”，观测到的卫星数量减少到两个。由于方程的数量(两个，伪距测量的数量)小于未知数(四个，三维坐标和时钟漂移校正)，所以导航问题的经典解决方案失效。
发明内容
本发明旨在提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的利用地图辅助的城市环境卫星定位导航方法及装置，以提供一种即使在仅接收来自两个导航卫星的信号时，也能确保存在GNSS导航的解决方案。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：
本发明的一个方面提供了一种利用地图辅助的城市环境卫星定位导航方法，包括：获取待定位车辆的运动模型，计算纵向误差；获取城市道路的车道宽度信息，计算横向误差；获取一颗GNSS卫星提供的第一伪距信息，并获取另一颗GNSS卫星提供的第二伪距信息，获取待定位车辆所在道路在电子地图中的先验位置信息以及先验高度信息；利用纵向误差、横向误差、第一伪距信息、第二伪距信息、先验位置信息以及先验高度信息进行最小二乘法计算，获取待定位车辆的定位结果。
其中，方法还包括：预先存储电子地图。
本发明另一方面提供了一种利用地图辅助的城市环境卫星定位导航装置，包括：第一计算模块，用于获取待定位车辆的运动模型，计算纵向误差；第二计算模块，用于获取城市道路的车道宽度信息，计算横向误差；获取模块，用于获取一颗GNSS卫星提供的第一伪距信息，并获取另一颗GNSS卫星提供的第二伪距信息，获取待定位车辆所在道路在电子地图中的先验位置信息以及先验高度信息；定位模块，用于利用纵向误差、横向误差、第一伪距信息、第二伪距信息、先验位置信息以及先验高度信息进行最小二乘法计算，获取待定位车辆的定位结果。
其中，装置还包括：存储模块，用于预先存储电子地图。
由此可见，本发明提供的利用地图辅助的城市环境卫星定位导航方法及装置，在利用城市电子地图的基础上，即使在仅接收来自两个导航卫星的信号时，也能确保存在GNSS导航。
由于在现代导航设备中很容易实现预存电子地图，且本发明所提出的方法是软件实现的，并不改变GNSS接收机的硬件部分，因此，节约成本且易于实现。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的利用地图辅助的城市环境卫星定位导航方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的利用地图辅助的城市环境卫星定位导航装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1示出了本发明实施例提供的利用地图辅助的城市环境卫星定位导航方法的流程图，参见图1，本发明实施例提供的利用地图辅助的城市环境卫星定位导航方法，包括：
S101，获取待定位车辆的运动模型，计算纵向误差。
具体地，纵向误差可以为定位误差的纵向分量(沿街道)，可以由接收的导航信号，导航卫星在天空中的位置以及待定位汽车与假定位置之间的横向偏差决定。该纵向误差通过车辆的运动模型来估计。
S102，获取城市道路的车道宽度信息，计算横向误差。
具体地，横向误差不依赖于导航信号的接收。这是由道路决定的，更准确地说，是由分配给一个方向行驶的那部分路段的宽度决定的。
通常密集建筑的街道宽度为20-30米，其中1-4车道(每个3-4米)用于单向驾驶。因此，汽车的横向位置w的可能宽度是受约束的。估计的横向位置附着于w的中心。
待定位汽车同样可能位于任何允许的车道和/或车道之间。因此，横向是均匀分布的，并受限于分配用于沿一个方向驱动的通道的总宽度。
横向误差的均值为零，横向误差的标准差是均匀分布的已知函数：
δtr＝0
对于GNSS接收机的用户来说，这是相当令人满意的误差水平。而街道越窄，横向误差越小。在广阔的街道上是无需提出这种方法的。
S103，获取一颗GNSS卫星提供的第一伪距信息，并获取另一颗GNSS卫星提供的第二伪距信息，获取待定位车辆所在道路在电子地图中的先验位置信息以及先验高度信息。
具体地，作为本发明实施例的一个可选实施方式，方法还包括：预先存储电子地图。
道路的有限宽度和其先验已知位置(坐标和高度，可以由预存的城市电子地图提供)，因此，可以通过电子地图来获得待定位车辆的先验位置信息以及先验高度信息。以便后续的计算。
S104，利用纵向误差、横向误差、第一伪距信息、第二伪距信息、先验位置信息以及先验高度信息进行最小二乘法计算，获取待定位车辆的定位结果。
具体地，在获取到纵向误差和横向误差后，可以计算联合误差其中，σl为纵向误差标准差；δl为纵向误差均值。
通过计算联合误差，并通过先验位置信息以及先验高度信息可以通过最小二乘法计算待定位车辆的定位结果。
由此，即使在狭窄的“城市峡谷”中，由于沿着街道的裂缝，对于两个卫星星座应该存在低或中等的DOP。在这种情况下，纵向误差标准差σl以10-20米为界。纵向误差均值为4米。横向误差标准差σtr以5米为界(在路面宽度的单向部分为17米的情况下)。横向误差均值δtr为零。因此，在大多数情况下，所提出的两卫星GNSS导航方法的联合误差Δ为12至21米，能够满足GNSS卫星数目较少时的城市环境的汽车驾驶。
值得说明的是，本发明中上述步骤S101-S103的顺序可以是任意组合，并不局限于本发明上述记载的顺序，即也可以先执行步骤S102或者S103，各种任意组合的顺序均应属于本发明的保护范围。
由此可见，通过本发明实施例提供的利用地图辅助的城市环境卫星定位导航方法，在利用城市电子地图的基础上，即使在仅接收来自两个导航卫星的信号时，也能确保存在GNSS导航。
由于在现代导航设备中很容易实现预存电子地图，且本发明所提出的方法是软件实现的，并不改变GNSS接收机的硬件部分，因此，节约成本且易于实现。
图2示出了本发明实施例提供的利用地图辅助的城市环境卫星定位导航装置的结构示意图，该利用地图辅助的城市环境卫星定位导航装置应用于上述方法，以下仅对利用地图辅助的城市环境卫星定位导航装置的结构进行简单说明，其他未尽事宜，请参照上述利用地图辅助的城市环境卫星定位导航方法中的相关描述，参见图2，本发明实施例提供的利用地图辅助的城市环境卫星定位导航装置，包括：
第一计算模块201，用于获取待定位车辆的运动模型，计算纵向误差；
第二计算模块202，用于获取城市道路的车道宽度信息，计算横向误差；
获取模块203，用于获取一颗GNSS卫星提供的第一伪距信息，并获取另一颗GNSS卫星提供的第二伪距信息，获取待定位车辆所在道路在电子地图中的先验位置信息以及先验高度信息；
定位模块204，用于利用纵向误差、横向误差、第一伪距信息、第二伪距信息、先验位置信息以及先验高度信息进行最小二乘法计算，获取待定位车辆的定位结果。
作为本发明实施例的一个可选实施方式，装置还包括：存储模块205，用于预先存储电子地图。
由此可见，通过本发明实施例提供的利用地图辅助的城市环境卫星定位导航装置，在利用城市电子地图的基础上，即使在仅接收来自两个导航卫星的信号时，也能确保存在GNSS导航。
由于在现代导航设备中很容易实现预存电子地图，且本发明所提出的方法是软件实现的，并不改变GNSS接收机的硬件部分，因此，节约成本且易于实现。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种利用地图辅助的城市环境卫星定位导航方法，其特征在于，包括：
获取待定位车辆的运动模型，计算纵向误差；
获取城市道路的车道宽度信息，计算横向误差；
获取一颗GNSS卫星提供的第一伪距信息，并获取另一颗GNSS卫星提供的第二伪距信息，获取待定位车辆所在道路在电子地图中的先验位置信息以及先验高度信息；
利用所述纵向误差、所述横向误差、所述第一伪距信息、所述第二伪距信息、所述先验位置信息以及所述先验高度信息进行最小二乘法计算，获取所述待定位车辆的定位结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：预先存储所述电子地图。
3.一种利用地图辅助的城市环境卫星定位导航装置，其特征在于，包括：
第一计算模块，用于获取待定位车辆的运动模型，计算纵向误差；
第二计算模块，用于获取城市道路的车道宽度信息，计算横向误差；
获取模块，用于获取一颗GNSS卫星提供的第一伪距信息，并获取另一颗GNSS卫星提供的第二伪距信息，获取待定位车辆所在道路在电子地图中的先验位置信息以及先验高度信息；
定位模块，用于利用所述纵向误差、所述横向误差、所述第一伪距信息、所述第二伪距信息、所述先验位置信息以及所述先验高度信息进行最小二乘法计算，获取所述待定位车辆的定位结果。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：存储模块，用于预先存储所述电子地图。
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