CN109541656B - 一种信息融合定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种信息融合定位方法及装置；上述信息融合定位方法，包括：通过视觉导航模块获取载体的卫星遮挡信息和视觉定位信息；利用卫星遮挡信息辅助确定载体的卫星导航定位信息；根据载体的视觉定位信息和卫星导航定位信息，确定载体的定位信息。本申请实施例可以通过融合视觉定位信息和卫星导航定位信息，提升定位性能和精度。

Description

一种信息融合定位方法及装置

技术领域

本申请涉及但不限于导航定位技术领域，尤指一种信息融合定位方法及装置。

背景技术

目前，全球卫星导航定位系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)由美国的GPS(Global Positioning System，全球定位系统)、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗卫星导航系统(BeiDou)以及欧盟的Galileo(伽利略卫星导航系统)组成。随着全球卫星导航定位技术的发展，厘米甚至毫米级的定位精度需求也越来越迫切。GNSS实时动态(RTK，Real-Time Kinematic)技术仍然是获得厘米甚至是毫米级精度的最主要、最常用的定位技术，RTK定位技术的关键点在于整周模糊度的固定。然而，在树荫遮挡或者高楼林立的场景，卫星信号会存在遮挡或严重多径，此时部分卫星的载波相位测量值存在较大的噪声和多径，容易导致RTK很难固定整周模糊度或者固定出错。因而在观测量较少，或者卫星信号遮挡较为严重的情况下，RTK的整周模糊度初始化时间变长，而且成功率较低。

发明内容

本申请实施例提供了一种信息融合定位方法及装置，可以通过融合视觉定位信息和卫星导航定位信息，提升定位性能和精度。

一方面，本申请实施例提供一种信息融合定位方法，包括：通过视觉导航模块获取载体的卫星遮挡信息和视觉定位信息；利用所述卫星遮挡信息辅助确定所述载体的卫星导航定位信息；根据所述载体的视觉定位信息和卫星导航定位信息，确定所述载体的定位信息。

另一方面，本申请实施例提供一种信息融合定位装置，包括：视觉导航模块、卫星导航模块以及融合处理模块；其中，所述视觉导航模块适于获取载体的卫星遮挡信息和视觉定位信息；所述卫星导航模块，适于利用所述卫星遮挡信息辅助确定所述载体的卫星导航定位信息；所述融合处理模块，适于根据所述载体的视觉定位信息和卫星导航定位信息，确定所述载体的定位信息。

在本申请实施例中，通过视觉导航模块获取载体的卫星遮挡信息和视觉定位信息；利用卫星遮挡信息辅助确定载体的卫星导航定位信息；根据载体的视觉定位信息和卫星导航定位信息，确定载体的定位信息。本申请实施例通过卫星遮挡信息辅助确定卫星导航定位信息，可以识别并剔除信号质量差的测量信息，有利于提升恶劣换环境下RTK固定整周模糊度的成功率；通过融合视觉定位信息和卫星导航定位信息确定最终的定位信息，可以提供连续可靠的高精度定位信息。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例提供的信息融合定位方法的示意图；

图2为本申请实施例提供的信息融合定位装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1为本申请实施例提供的信息融合定位方法的示意图。本实施例提供的信息融合定位方法可以由包括视觉导航模块的信息融合定位装置(比如，卫星信号接收机)实施，信息融合定位装置可以安装或设置在载体(比如，无人机、车辆等设备)上，用于确定载体的定位信息。

其中，视觉导航模块可以包括视觉传感器。视觉传感器因其体积小、安装简单、信息丰富等特点，在无人机、自动驾驶等领域上已经得到了广泛应用；而且基于视觉传感器的导航算法无需增添额外设备即可提供较准确的导航定位信息。

如图1所示，本申请实施例提供的信息融合定位方法包括以下步骤：

步骤101、通过视觉导航模块获取载体的卫星遮挡信息和视觉定位信息；

步骤102、利用卫星遮挡信息辅助确定载体的卫星导航定位信息；

步骤103、根据载体的视觉定位信息和卫星导航定位信息，确定载体的定位信息。

其中，视觉定位信息可以包括：经纬度信息、高度信息、航向角、俯仰角、翻滚角。卫星导航定位信息可以包括：经纬度信息、速度信息。然而，本申请对此并不限定。

在一示例性实施方式中，步骤102可以包括以下至少一项：利用卫星遮挡信息辅助卫星信号的捕获；利用卫星遮挡信息识别载体所处的场景，根据识别出的场景，调整基带信号处理策略；利用卫星遮挡信息辅助固定RTK的整周模糊度。

其中，视觉导航模块获取的载体的卫星遮挡信息可以包括：载体上方的信号遮挡情况、载体周边的建筑物遮挡情况。然而，本申请对此并不限定。

在一示例性实施方式中，利用卫星遮挡信息辅助卫星信号的捕获，可以包括：针对信号接收信噪比小于预设值的卫星，根据该卫星是否可见的推算结果、该卫星的码相位以及多普勒频率中的至少一项，确定是否捕获该卫星对应的卫星信号。

在本示例性实施方式中，在卫星信号的捕获过程中，若卫星i的信号接收载噪比(C/N0)小于35dB-Hz，可以通过星历或历书，推算该卫星是否可见以及码相位和多普勒频率；若该卫星不可见，则删除该卫星；若跟踪的码相位与PVT(Position Velocity andTime，位置、速度和时间)的推算码相位在预设时长内相差超过正负5个码相位，或者，若跟踪的多普勒频率与PVT的推算多普勒频率在预设时长内相差超过正负200Hz，则删除该卫星。

示例性地，若该卫星未删除，则按照C/N0由高到低的顺序，依次计算该卫星与C/N0高于46dB-Hz的卫星的多普勒频率的差值；若计算出的差值为整1kHz±100Hz(100Hz余量)，且跟踪持续和稳定，比较两者解调出的导航电文中星历部分数据的相关性；若星历部分数据的相关性较高，则删除该卫星。

在本示例性实施方式中，根据卫星遮挡信息可以识别出卫星遮挡的情况，从而可以在卫星信号的捕获过程中减少严重遮挡卫星的捕获频度，合理减少捕获范围以及捕获灵敏度，并对观测值进行较严格的互相关检测，从而提高观测值的有效性。

在一示例性实施方式中，可以预先设置典型场景与基带信号处理策略的对应关系；例如，在开阔场景，可以适当降低捕获灵敏度、缩短环路收敛时间，以快速产生高质量的观测值；在隧道场景，基带跟踪可以主要采用PVT预测值进行锁定，保持载波和伪码的大致锁定，在离开隧道后，快速进行信号重新锁定；在城市峡谷场景，可以提高可见卫星的捕获优先级和灵敏度，降低不可见卫星的捕获灵敏度，通过对两种类型的卫星采用不同的跟踪参数，较好地平衡观测值精度以及跟踪灵敏度。在根据卫星遮挡信息识别出当前场景后，可以将当前场景匹配至典型场景(比如，开阔场景、隧道、城市峡谷、桥下、树荫等)，然后确定当前场景匹配的典型场景对应的基带信号处理策略，并切换至确定出的基带信号处理策略，从而提高信号跟踪的稳健性。而且，在本示例性实施方式中，采用视觉导航模块(视觉传感器)获取卫星遮挡信息后，通过对当前载体的运动状态进行估计后可以预测后续时间(比如之后几秒至几十秒)的场景，从而提前识别出场景，确定匹配的基带信号处理策略，提前进行基带信号处理策略的平滑切换，进而提高观测值质量，以及在复杂场景下的定位性能。

在一示例性实施方式中，利用卫星遮挡信息辅助固定RTK的整周模糊度，可以包括：在RTK的整周模糊度的固定过程中，降低被遮挡的卫星的权限或者删除被遮挡的卫星。

其中，GNSS(比如GPS、GLONASS等)RTK定位算法通常是根据观测到的载波相位测量值，利用单频或者双频的观测量，通过所建立的函数模型和随机模型，根据最小二乘或者卡尔曼滤波来估计出模糊度的浮点解，然后通过整周模糊度的解算(比如LAMBDA算法和MLAMBDA算法等)，来获取可靠的整周模糊度。

在本示例性实施方式中，GNSS的伪距和载波相位观测非差函数模型可以建立如下：

其中，P_i和L_i分别表示i频点的非差伪距和载波相位观测量，单位为米；ρ表示卫星到接收机(即上述定位装置)的几何距离；c为光速；dt_r和dt^s分别表示接收机的钟差和卫星钟差；T和I分别表示对流层延迟和电离层延迟；f_i和λ_i分别表示频率和波长；N_i表示载波相位观测中的整周模糊度；v_i和ε_i表示伪距和载波相位观测噪声。

在求解模糊度的过程中，一般采取双差(接收机间做差，然后再卫星间做差)，消除接收机和卫星钟差的影响。双差函数模型可以表示如下：

其中，Δ▽表示双差符号。

比如，当视觉导航模块(视觉传感器)给出了卫星遮挡信息，而基带跟踪到了被遮挡的卫星，并给出了载波相位的测量值，则该卫星对应的卫星信号可能是多径信号，或者信号中的噪声偏大，则在进行RTK解算时，可以将该卫星的测量噪声项Δ▽ε_i进行放大，即降低该卫星的测量信息的权重，然后按照LAMBDA或MLAMBDA算法进行RTK求解；其中，如果不能求得RTK的整周模糊度，则将该卫星剔除，然后再进行RTK的整周模糊度搜索。另外，在RTK的参考星选择过程中，利用视觉导航模块(视觉传感器)获得的卫星遮挡信息，选择参考星，即选定观测值质量最好的卫星作为参考星，避免选用被遮挡的卫星作为参考星，从而提高RTK的整周模糊度的固定效率。

由上述可知，在本实施例中，在卫星信号受到遮挡或环境恶劣的情况下，通过视觉导航模块得到的卫星遮挡信息可以识别出被遮挡的卫星和可见的卫星，则在进行卫星导航定位过程中，可以采取措施，提升被遮挡的卫星的载波相位测量值的精度，在RTK过程中，对被遮挡的卫星进行降权或剔除，使其不参与RTK解算，防止带来错误的结果，从而达到快速、正确求解RTK的整周模糊度。

在一示例性实施方式中，在步骤101之后，本实施例的信息融合定位方法还可以包括：利用视觉定位信息检测卫星导航定位信息。

示例性地，卫星导航定位信息可以包括：RTK得到的位置增量；利用视觉定位信息检测卫星导航定位信息，可以包括：比较根据视觉定位信息得到的位置增量和RTK得到的位置增量，根据比较结果，确定RTK得到的位置增量是否有效。

其中，在历元间隔为Δt时，视觉导航模块(视觉传感器)给出的视觉定位信息可以包括历元间的位置增量ΔX_Vodo；RTK解出的位置增量可以为ΔX_RTK；如果两者的差值的绝对值比较小(比如，小于或等于门限a)，则RTK解出的位置增量是正确可靠的；如果两者的差值的绝对值较大(比如，大于门限a)，则RTK解出的位置增量可能是错误的，需要重新通过RTK解出位置增量。

在本示例性实施方式中，在卫星信号不佳的情况下，可以利用视觉定位信息来检测卫星导航定位信息是否可靠，若检测到卫星导航定位信息不可靠，则可以重新进行RTK。

在一示例性实施方式中，本实施例提供的信息融合定位方法还可以包括：利用卫星导航定位信息和视觉定位信息校正视觉导航模块的误差。其中，可以在步骤102之后，利用确定的卫星导航定位信息和视觉定位信息对视觉导航模块进行校正。

其中，由于卫星导航定位信息和视觉定位信息具有很强的互补性，卫星导航定位信息可以保持较长时间的稳定性，而视觉定位信息在短期内的精度较高。因此，可以通过视觉定位信息和卫星导航定位信息校正视觉导航模块的误差。以根据视觉定位信息得到历元间的位置增量和根据卫星导航定位信息得到RTK解出的位置增量为例，对两种位置增量的差值进行滤波计算，再结合视觉导航模块的状态参数，得到视觉导航模块的误差估计值，然后利用误差估计值校正视觉导航模块的误差，从而实现利用卫星导航定位信息限制视觉定位信息长时间漂移的目的，使得视觉导航模块能够连续提供视觉定位信息。

在一示例性实施方式中，步骤103可以包括：当无法接收到卫星信号，则根据载体的视觉定位信息，确定载体的定位信息。

其中，当存在卫星信号时，以卫星信号跟踪检测得出的卫星导航定位信息来确定载体的定位信息。在进入隧道等卫星信号完全没有的场景时，由于无法得到卫星导航定位信息，此时可以利用视觉导航模块(视觉传感器)给出的视觉定位信息来确定载体的定位信息，从而保证输出持续可靠的定位信息。

本实施例中，通过视觉导航模块获取的卫星遮挡信息可以辅助捕获和跟踪卫星信号，防止跟踪多径或错误的卫星信号，也可以辅助RTK剔除信号质量不佳的卫星，从而提升RTK固定整周模糊度的速度和准确度；而且，利用视觉定位信息可以对RTK的位置跳变进行检测，从而有利于定位性能和精度提升；而且根据视觉定位信息和卫星导航定位确定最终输出的定位信息，可以确保定位信息连续可靠输出。

图2为本申请实施例提供的信息融合定位装置的示意图。本实施例提供的信息融合定位装置可以设置在接收机。然而，本申请对此并不限定。

如图2所示，本实施例提供的信息融合定位装置可以包括：视觉导航模块201、卫星导航模块202以及融合处理模块203。其中，融合处理模块203连接视觉导航模块201和卫星导航模块202。

其中，视觉导航模块201适于获取载体的卫星遮挡信息和视觉定位信息；卫星导航模块202适于利用卫星遮挡信息辅助确定载体的卫星导航定位信息；融合处理模块203适于根据载体的视觉定位信息和卫星导航定位信息，确定载体的定位信息。

在一示例性实施方式中，卫星导航模块202可以适于通过以下至少一项利用卫星遮挡信息辅助确定载体的导航定位信息：利用卫星遮挡信息辅助卫星信号的捕获；利用卫星遮挡信息识别载体所处的场景，根据识别出的场景，调整基带信号处理策略；利用卫星遮挡信息辅助固定RTK的整周模糊度。

在一示例性实施方式中，卫星导航模块202或者融合处理模块203还可以适于利用视觉定位信息检测卫星导航定位信息。

在一示例性实施方式中，视觉导航模块201还可以适于利用卫星导航定位信息和视觉定位信息校正视觉导航模块的误差。

在一示例性实施例中，视觉导航模块201可以包括视觉传感器。视觉导航模块201在获取卫星遮挡信息以及视觉定位信息之后，将卫星遮挡信息和视觉定位信息传输给融合处理模块203。融合处理模块203可以将卫星遮挡信息和视觉定位信息传输给卫星导航模块202，比如，可以对卫星遮挡信息和视觉定位信息进行格式转换，转换成适用于卫星导航模块202的格式后传输给卫星导航模块202。卫星导航模块202接收到卫星遮挡信息和视觉定位信息后，可以利用卫星遮挡信息辅助确定卫星导航定位信息，利用视觉定位信息检测卫星导航定位信息是否正确可靠，并将正确可靠的卫星导航定位信息传输给融合处理模块203。若卫星导航定位信息存在错误，则卫星导航模块202重新确定卫星导航定位信息。融合处理模块203接收到正确可靠的卫星导航定位信息后，可以输出卫星导航定位信息作为最终的定位信息。另外，融合处理模块203还可以将正确可靠的卫星导航定位信息传输给视觉导航模块201，以便视觉导航模块201利用卫星导航定位信息校正自身的误差。或者，融合处理模块203可以利用视觉定位信息和卫星导航定位信息校正视觉导航模块201的误差。另外，融合处理模块203还可以在卫星导航模块202完全没有检测到卫星信号时，输出视觉定位信息作为最终的定位信息。

在一示例性实施例中，视觉导航模块201可以包括视觉传感器。视觉导航模块201在获取卫星遮挡信息以及视觉定位信息之后，将卫星遮挡信息和视觉定位信息传输给融合处理模块203。融合处理模块203可以将卫星遮挡信息传输给卫星导航模块202，比如，可以对卫星遮挡信息进行格式转换，转换成适用于卫星导航模块202的格式后传输给卫星导航模块202。卫星导航模块202接收到卫星遮挡信息后，可以利用卫星遮挡信息辅助确定卫星导航定位信息，并将确定的卫星导航定位信息传输给融合处理模块203。融合处理模块203根据接收到的视觉定位信息，检测接收到的卫星导航定位信息是否正确可靠，若卫星导航定位信息正确可靠，则输出卫星导航定位信息作为最终的定位信息；若卫星导航定位信息存在错误，则通知卫星导航模块202重新确定卫星导航定位信息。另外，融合处理模块203还可以将正确可靠的卫星导航定位信息传输给视觉导航模块201，以便视觉导航模块201利用视觉定位信息和卫星导航定位信息校正自身的误差。融合处理模块203还可以在卫星导航模块202完全没有检测到卫星信号时，输出视觉定位信息作为最终的定位信息。

此外，关于本实施例提供的信息融合定位装置的相关处理过程可以参照上述信息融合定位方法的描述，故于此不再赘述。

此外，本申请实施例还提供一种计算机可读介质，存储有定位程序，该定位程序被处理器执行时实现上述实施例提供的信息融合定位方法的步骤，比如图1所示的步骤。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

Claims (7)

1.一种信息融合定位方法，其特征在于，包括：

通过视觉导航模块获取载体的卫星遮挡信息和视觉定位信息；

通过卫星导航模块利用所述卫星遮挡信息辅助确定所述载体的卫星导航定位信息；

通过融合处理模块根据所述载体的视觉定位信息和卫星导航定位信息，确定所述载体的定位信息；

其中，所述通过卫星导航模块利用所述卫星遮挡信息辅助确定所述载体的卫星导航定位信息，包括以下至少一项：

利用所述卫星遮挡信息辅助卫星信号的捕获；

利用所述卫星遮挡信息识别所述载体所处的场景，根据识别出的场景，调整基带信号处理策略；

利用所述卫星遮挡信息辅助固定实时动态RTK的整周模糊度，其中，在RTK的整周模糊度的固定过程中，降低被遮挡的卫星的权限或者删除被遮挡的卫星。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述卫星遮挡信息辅助卫星信号的捕获，包括：

针对信号接收信噪比小于预设值的卫星，根据所述卫星是否可见的推算结果、所述卫星的码相位以及多普勒频率中的至少一项，确定是否捕获所述卫星对应的卫星信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过视觉导航模块获取载体的卫星遮挡信息和视觉定位信息之后，所述方法还包括：利用所述视觉定位信息检测所述卫星导航定位信息。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述卫星导航定位信息包括实时动态RTK得到的位置增量；

所述利用所述视觉定位信息检测所述卫星导航定位信息，包括：

比较根据所述视觉定位信息得到的位置增量和RTK得到的位置增量，根据比较结果，确定RTK得到的位置增量是否有效。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：利用所述卫星导航定位信息和视觉定位信息校正所述视觉导航模块的误差。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述载体的视觉定位信息和卫星导航定位信息，确定所述载体的定位信息，包括：

当无法接收到卫星信号，则根据所述载体的视觉定位信息，确定所述载体的定位信息。

7.一种信息融合定位装置，其特征在于，包括：视觉导航模块、卫星导航模块以及融合处理模块；

所述视觉导航模块适于获取载体的卫星遮挡信息和视觉定位信息；

所述卫星导航模块，适于利用所述卫星遮挡信息辅助确定所述载体的卫星导航定位信息；

所述融合处理模块，适于根据所述载体的视觉定位信息和卫星导航定位信息，确定所述载体的定位信息；

其中，所述卫星导航模块适于通过以下至少一项利用所述卫星遮挡信息辅助确定所述载体的导航定位信息：

利用所述卫星遮挡信息辅助卫星信号的捕获；

利用所述卫星遮挡信息识别所述载体所处的场景，根据识别出的场景，调整基带信号处理策略；

利用所述卫星遮挡信息辅助固定实时动态RTK的整周模糊度，其中，在RTK的整周模糊度的固定过程中，降低被遮挡的卫星的权限或者删除被遮挡的卫星。

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