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一种基于gps的仿真航迹推算传感器方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于GPS的仿真航迹推算传感器方法，根据GPS提供的测量仿真实现航迹推算传感器，其特征在于在GPS信号不能覆盖的区域利用GPS采集的历史数据估计线速度和角速度。

Description

一种基于GPS的仿真航迹推算传感器方法
技术领域
本发明涉及一种基于GPS的仿真航迹推算传感器方法，根据GPS提供的测量仿真实现航迹推算传感器，其特征在于在GPS信号不能覆盖的区域利用GPS采集的历史数据估计线速度和角速度。
背景技术
GPS提供基于通行卫星的精确导航和定位信息，广泛应用于汽车、飞机、船舶、手机等设备，在智能交通、智慧城市、机器人导航等领域被广泛使用。
航迹推算是根据本体的运行线速度和角速度来估计本体自身位姿的过程，通常利用编码器和陀螺仪等传感器来测量线速度和角速度。当没有这类传感器时，如何利用GPS信息来仿真实现编码器和陀螺仪等航迹推算传感器的功能，具有非常重要的实际价值。
在现有技术中，李昇智等人提出了一种基于GPS 轨迹数据的混合多步Markov 位置预测方法（参见，李昇智，乔建忠，林树宽，杨迪；《基于GPS 轨迹数据的混合多步Markov位置预测》，东北大学学报（自然科学版），2017年第12期1686-1690页）。该方法提出了基于混合多步Markov模型的位置预测方法，在将原始GPS 轨迹转化为区域轨迹的基础上，对各多步模型进行融合，利用Adaboost算法确定多步模型影响系数。
其不足在于没有利用GPS测量提供的精度信息。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术存在的缺陷，提供一种基于GPS的仿真航迹推算传感器方法，根据GPS提供的测量仿真实现航迹推算传感器，其特征在于利用了GPS测量精度信息，在GPS信号不能覆盖的区域利用GPS采集的历史数据估计线速度和角速度。
其具体技术方案包括以下步骤：
输入：GPS测量数据
Figure 923191DEST_PATH_IMAGE001
,
Figure 146362DEST_PATH_IMAGE002
,
Figure 617795DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 406759DEST_PATH_IMAGE004
，N；
其中,
Figure 39866DEST_PATH_IMAGE001
表示t时刻的纬度（单位为弧度）,
Figure 750333DEST_PATH_IMAGE002
表示t时刻的经度（单位为弧度），
Figure 494298DEST_PATH_IMAGE005
表示t时刻的GPS测量精度（误差范围半径，单位为米）,
Figure 341031DEST_PATH_IMAGE003
表示t时刻的时间（单位为 秒），
Figure 207356DEST_PATH_IMAGE004
为设定的精度阈值，默认值为60m，N为设定的循环次数；
输出：
Figure 641005DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 454240DEST_PATH_IMAGE007
，其中
Figure 889901DEST_PATH_IMAGE006
表示t时刻的线速度(m/s)，
Figure 130389DEST_PATH_IMAGE007
表示t时刻的偏航率(rad/ s)；
步骤1：r=6371，
Figure 346607DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 697954DEST_PATH_IMAGE009
分别设置为GPS最初时刻测量的纬度和经度，t=0，
Figure 253700DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 665090DEST_PATH_IMAGE011
；
步骤2：t=t+1;
步骤3：获取时间步t的纬度
Figure 368604DEST_PATH_IMAGE001
，经度
Figure 523641DEST_PATH_IMAGE002
，精度
Figure 432429DEST_PATH_IMAGE005
和时间
Figure 14720DEST_PATH_IMAGE003
；
步骤4：如果
Figure 408793DEST_PATH_IMAGE005
小于
Figure 101942DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 897860DEST_PATH_IMAGE004
为设定的精度阈值，缺省值为60m，转步骤；否者转步 骤5；
步骤5：
Figure 651052DEST_PATH_IMAGE012
；
步骤6：
Figure 532420DEST_PATH_IMAGE013
；
步骤7：
Figure 763682DEST_PATH_IMAGE014
步骤8：
Figure 903852DEST_PATH_IMAGE015
；
步骤9:
Figure 624683DEST_PATH_IMAGE016
；
步骤10：
Figure 727768DEST_PATH_IMAGE017
,其中
Figure 497141DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 267651DEST_PATH_IMAGE019
；
步骤11：
Figure 159384DEST_PATH_IMAGE020
；
步骤12：如果
Figure 749765DEST_PATH_IMAGE021
，则
Figure 322829DEST_PATH_IMAGE022
，如果
Figure 947845DEST_PATH_IMAGE023
，则
Figure 213742DEST_PATH_IMAGE024
；
步骤13：
Figure 789954DEST_PATH_IMAGE025
；
步骤14：如果t<N，转步骤2；如果t>=N，结束。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：在GPS信号不能覆盖的区域也能利用GPS采集的历史数据估计线速度和角速度。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实例进一步阐述本发明。
一种基于GPS的仿真航迹推算传感器方法，根据GPS提供的测量仿真实现航迹推算传感器，其特征在于在GPS信号不能覆盖的区域利用GPS采集的历史数据估计线速度和角速度，包括以下步骤：
输入：GPS测量数据
Figure 166709DEST_PATH_IMAGE001
,
Figure 646232DEST_PATH_IMAGE002
,
Figure 879767DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure 444741DEST_PATH_IMAGE004
，N；
其中,
Figure 828449DEST_PATH_IMAGE001
表示t时刻的纬度（单位为弧度）,
Figure 162478DEST_PATH_IMAGE002
表示t时刻的经度（单位为弧度），
Figure 566914DEST_PATH_IMAGE005
表示t时刻的GPS测量精度（误差范围半径，单位为米）,
Figure 619184DEST_PATH_IMAGE003
表示t时刻的时间（单位为 秒），
Figure 104785DEST_PATH_IMAGE004
为设定的精度阈值，默认值为60m，N为设定的循环次数；
输出：
Figure 293321DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 806342DEST_PATH_IMAGE007
，其中
Figure 80329DEST_PATH_IMAGE006
表示t时刻的线速度(m/s)，
Figure 602577DEST_PATH_IMAGE007
表示t时刻的偏航率(rad/ s)；
步骤1：r=6371，
Figure 911199DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 595121DEST_PATH_IMAGE009
分别设置为GPS最初时刻测量的纬度和经度，t=0，
Figure 120518DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 977615DEST_PATH_IMAGE011
；
步骤2：t=t+1;
步骤3：获取时间步t的纬度
Figure 875164DEST_PATH_IMAGE001
，经度
Figure 261146DEST_PATH_IMAGE002
，精度
Figure 509725DEST_PATH_IMAGE005
和时间
Figure 170513DEST_PATH_IMAGE003
；
步骤4：如果
Figure 188148DEST_PATH_IMAGE005
小于
Figure 479452DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 12065DEST_PATH_IMAGE004
为设定的精度阈值，缺省值为60m，转步骤；否者转步 骤5；
步骤5：
Figure 679806DEST_PATH_IMAGE012
；
步骤6：
Figure 551947DEST_PATH_IMAGE013
；
步骤7：
Figure 515617DEST_PATH_IMAGE014
步骤8：
Figure 535526DEST_PATH_IMAGE015
；
步骤9:
Figure 741379DEST_PATH_IMAGE016
；
步骤10：
Figure 468027DEST_PATH_IMAGE017
,其中
Figure 366713DEST_PATH_IMAGE018
，
Figure 873918DEST_PATH_IMAGE019
；
步骤11：
Figure 617883DEST_PATH_IMAGE020
；
步骤12：如果
Figure 464616DEST_PATH_IMAGE021
，则
Figure 268624DEST_PATH_IMAGE022
，如果
Figure 263125DEST_PATH_IMAGE023
，则
Figure 810781DEST_PATH_IMAGE024
；
步骤13：
Figure 10556DEST_PATH_IMAGE025
；
步骤14：如果t<N，转步骤2；如果t>=N，结束。
以上所述，仅为本发明最佳实施方式，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于GPS的仿真航迹推算传感器方法，根据GPS提供的测量仿真实现航迹推算传感器，其特征在于利用GPS测量精度信息，在GPS信号不能覆盖的区域利用GPS采集的历史数据估计线速度和角速度，包括以下步骤：
输入：GPS测量数据
Figure FDA0003215430470000011
λt，τt，Ψ，N，ωt；
其中，
Figure FDA0003215430470000012
表示t时刻的纬度，单位为弧度，λt表示t时刻的经度，单位为弧度，ωt表示t时刻的GPS测量精度，误差范围半径，单位为米，τt表示t时刻的时间，单位为秒，Ψ为设定的精度阈值，默认值为60m，N为设定的循环次数；
输出：vt，
Figure FDA0003215430470000013
其中vt表示t时刻的线速度，单位为m/s，
Figure FDA0003215430470000014
表示t时刻的偏航率，单位为rad/s；
步骤1：r＝6371，
Figure FDA0003215430470000015
λ0分别设置为GPS最初时刻测量的纬度和经度，t＝0，v0＝0，
Figure FDA0003215430470000016
步骤2：t＝t+1；
步骤3：获取时刻t的纬度
Figure FDA0003215430470000017
经度λt，精度ωt和时间τt；
步骤4：如果ωt小于Ψ，Ψ为设定的精度阈值，缺省值为60m，转步骤8；否则转步骤5；
步骤5：δ＝vt-1*(τt-τt-1)*0.001/r；
步骤6：
Figure FDA0003215430470000018
步骤7：
Figure FDA0003215430470000019
步骤8：
Figure FDA00032154304700000110
步骤9：
Figure FDA00032154304700000111
步骤10：bt＝2*atan2(yt,xt)，其中
Figure FDA00032154304700000112
Figure FDA00032154304700000113
步骤11：vt＝dt/(τt-τt-1)；
步骤12：如果bt-bt-1＞π，则
Figure FDA00032154304700000114
如果bt-bt-1≤-π，则
Figure FDA00032154304700000115
步骤13：
Figure FDA00032154304700000116
步骤14：如果t＜N，转步骤2；如果t≥N，结束。
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