CN111103566A - 一种航向角确定方法、系统、电子设备及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例所公开的一种航向角确定方法、系统、电子设备及存储介质，其中，方法包括通过一路信号获取当前时刻的经纬度数据，基于墨卡托坐标变换模型和经纬度数据确定当前坐标数据，获取历史时刻集合对应的历史坐标数据集合，根据当前坐标数据和历史坐标数据集合确定第一航向角和第二航向角，根据第一航向角和第二航向角确定目标航向角。基于本申请实施例，通过1根卫星天线传输给卫星接收机的一路信号获得当前时刻载体的经纬度数据，结合历史时刻集合对应的历史坐标数据集合确定目标航向角，能够减小载体作直线运动时由于轻微抖动而引起的航向角误差，提高航向角的实时精度，还能够避免引入安装角误差的问题。

Description

一种航向角确定方法、系统、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及导航定位技术领域，尤其涉及一种航向角确定方法、系统、电子设备及存储介质。
背景技术
导航定位是应用于自动驾驶、无人机和自主机器人等领域的一项重要技术。目前，户外导航定位大多基于全球定位系统或者北斗卫星定位系统接收定位数据，但是在室内及部分屏蔽场所无法接收到定位数据。并且，卫星定位数据更新的频率一般为1～10Hz，无法满足客户端需要定位数据更新频率为100Hz及以上的要求。
惯性导航技术是一种常见的导航定位技术，采用惯性测量单元实时测量载体的三轴加速度和三轴角速度，以模拟载体的3D航迹。惯性导航技术不对外辐射信号，也不依赖于外界的信号输入，在短时间测量过程中具有精度高、隐蔽性好、数据更新频率高的优点，但是在长时间测量过程中存在误差累积的缺点。
基于此，现有技术将卫星导航技术与惯性导航技术组合，通过卫星接收机连接2根天线的方式，分别定位载体以计算载体的航向角，并向惯性导航系统反馈。载体的航向角精度对组合定位技术具有十分重大的影响，尤其是载体进入屏蔽场所最后一刻的航向角精度直接关系后续模拟航迹时误差的发散程度。
卫星接收机采用连接2根天线的方式定位载体具有两大缺点，一是对2根天线的间距具有要求，一般2根天线的间距必须满足2米及以上，对于部分空间不足的小型载体不适用；二是对2根天线的连线方向与载体的前进方向有限定，限定2根天线的连线方向必须严格与载体的前进方向平行，否则容易引入误差。
发明内容
本申请实施例所要解决的技术问题在于，提供一种航向角确定方法、系统、电子设备及存储介质，解决现有技术中采用2根天线组合定位航向角具有局限性的问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种航向角确定方法，该方法包括：
通过一路信号获取当前时刻的经纬度数据；
基于墨卡托坐标变换模型和经纬度数据确定当前坐标数据；
获取历史时刻集合对应的历史坐标数据集合；
根据当前坐标数据和历史坐标数据集合确定第一航向角和第二航向角；
根据第一航向角和第二航向角确定目标航向角。
进一步地，根据当前坐标数据和历史坐标数据集合确定第一航向角，包括：
从历史坐标数据集合中确定出参考坐标数据；参考坐标数据为历史坐标数据集合中与当前坐标数据之间时间相差最小的坐标数据；
根据当前坐标数据和参考坐标数据确定第一航向角。
进一步地，根据当前坐标数据和参考坐标数据确定第一航向角，包括：
根据当前坐标数据和参考坐标数据确定当前过渡航向角；
若当前坐标数据中的当前坐标子数据大于参考坐标数据中的参考坐标子数据，根据第一预设数值和当前过渡航向角确定第一航向角。
进一步地，根据当前坐标数据和参考坐标数据确定第一航向角，包括：
根据当前坐标数据和参考坐标数据确定当前过渡航向角；
若当前坐标数据中的当前坐标子数据小于或者等于参考坐标数据中的参考坐标子数据，根据第二预设数值和当前过渡航向角确定第一航向角。
进一步地，根据当前坐标数据和历史坐标数据集合确定第二航向角，包括：
根据当前坐标数据和历史坐标数据集合确定第一航向角集合；
确定第一航向角集合中第一航向角的均值为第二航向角。
进一步地，根据第一航向角和第二航向角确定目标航向角，包括：
确定第一航向角与第二航向角的差值集合；
若差值集合中的最大差值大于或者等于预设阈值，确定第一航向角为目标航向角。
进一步地，根据第一航向角和第二航向角确定目标航向角，包括：
确定第一航向角与第二航向角的差值集合；
若差值集合中的最大差值小于预设阈值，确定第二航向角为目标航向角。
相应地，本申请实施例还提供了一种航向角确定系统，包括：
第一获取单元，用于通过一路信号获取当前时刻的经纬度数据；
第一确定单元，用于基于墨卡托坐标变换模型和经纬度数据确定当前坐标数据；
第二获取单元，用于获取历史时刻集合对应的历史坐标数据集合；
第二确定单元，用于根据当前坐标数据和历史坐标数据集合确定第一航向角和第二航向角；
第三确定单元，用于根据第一航向角和第二航向角确定目标航向角。
相应地，本申请实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现上述航向角确定方法。
相应地，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现上述航向角确定方法。
本申请实施例具有如下有益效果：
本申请实施例所公开的一种航向角确定方法、系统、电子设备及存储介质，其中，方法包括通过一路信号获取当前时刻的经纬度数据，基于墨卡托坐标变换模型和经纬度数据确定当前坐标数据，获取历史时刻集合对应的历史坐标数据集合，根据当前坐标数据和历史坐标数据集合确定第一航向角和第二航向角，根据第一航向角和第二航向角确定目标航向角。基于本申请实施例，通过1根卫星天线传输给卫星接收机的一路信号获得当前时刻载体的经纬度数据，结合历史时刻集合对应的历史坐标数据集合确定目标航向角，能够减小载体作直线运动时由于轻微抖动而引起的航向角误差，提高航向角的实时精度，还能够避免引入安装角误差的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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它附图。
图1是本申请实施例所提供的一种应用环境的示意图；
图2是本申请实施例所提供的一种航向角确定方法的流程示意图；
图3是本申请实施例所提供的一种航向角确定系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一个实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“是”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
请参阅图1，其所示为本申请实施例所提供的一种应用环境的示意图，包括：确定系统101和卫星接收机103，确定系统101接收1根卫星天线传输给卫星接收机103的一路信号获取载体当前时刻的经纬度数，并基于墨卡托坐标变换模型和经纬度数据确定载体当前坐标数据，确定系统101获取载体历史时刻集合对应的历史坐标数据集合，并根据载体当前坐标数据和历史坐标数据集合确定载体的第一航向角和第二航向角，根据第一航向角和第二航向角确定目标航向角。
下面介绍本申请一种航向角确定方法的具体实施例，图2是本申请实施例提供的一种航向角确定方法的流程示意图，本说明书提供了如实施例或流程图所示的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序，在实际执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。具体的如图2所示，该方法包括：
S201：通过一路信号获取当前时刻的经纬度数据。
本申请实施例中，确定系统通过1根卫星天线传输给卫星接收机的一路信号中获得当前时刻载体的经纬度数据。
S203：基于墨卡托坐标变换模型和经纬度数据确定当前坐标数据。
本申请实施例中，确定系统基于墨卡托坐标变换模型和载体当前时刻的经纬度数据确定载体当前坐标数据。
一种可选的确定当前坐标数据的实施方式中，载体当前时刻的经纬度数据中经度为longitude，纬度为latitude，确定当前坐标数据(xn,yn)具体为：
Figure BDA0002293264730000061
Figure BDA0002293264730000062
S205：获取历史时刻集合对应的历史坐标数据集合。
本申请实施例中，确定系统获取历史时刻集合对应的历史坐标数据集合，其中，历史时刻集合是指以当前时刻为起点基于预设时间间隔确定的历史时刻集合，该历史时刻集合处于有限时间长度的预设时间段内，而不是处于以当前时刻为起点的无限时间长度内。
S207：根据当前坐标数据和历史坐标数据集合确定第一航向角和第二航向角。
本申请实施例中，一种具体的确定系统根据当前坐标数据和历史坐标数据集合确定第一航向角的实施方式中，确定系统从历史坐标数据集合中确定出参考坐标数据；参考坐标数据为历史坐标数据集合中与当前坐标数据之间时间相差最小的坐标数据，根据当前坐标数据和参考坐标数据确定第一航向角。
一种可选的根据当前坐标数据和参考坐标数据确定第一航向角的实施方式中，确定系统根据当前坐标数据和参考坐标数据确定当前过渡航向角，当上述当前坐标数据中的当前坐标子数据大于参考坐标数据中的参考坐标子数据，确定系统根据第一预设数值和当前过渡航向角确定第一航向角。
另一种可选的根据当前坐标数据和参考坐标数据确定第一航向角的实施方式中，确定系统根据当前坐标数据和参考坐标数据确定当前过渡航向角，当上述当前坐标数据中的当前坐标子数据小于或者等于参考坐标数据中的参考坐标子数据，根据第二预设数值和当前过渡航向角确定第一航向角。
具体地，确定系统从历史坐标数据集合中确定出参考坐标数据(xn-1,yn-1)，确定系统根据当前坐标数据(xn,yn)和参考坐标数据(xn-1,yn-1)确定当前过渡航向角θ，θ即为载体由与当前时刻时间相差最小的历史时刻对应的坐标指向当前时刻对应的坐标的运动航向角，其中，θ＝0°表示航向角为墨卡托坐标系的正北方向，θ值可以是正值，也可以是负值，以正北方向的顺时针方向为正。
Figure BDA0002293264730000071
Figure BDA0002293264730000072
其中，
Figure BDA0002293264730000073
为第一预设数值，
Figure BDA0002293264730000074
为第二预设数值，headn为第一航向角。
本申请实施例中，一种具体的确定系统根据当前坐标数据和历史坐标数据集合确定第二航向角的实施方式中，确定系统根据当前坐标数据和历史坐标数据集合确定第一航向角集合，以及确定第一航向角集合中第一航向角的均值为第二航向角。
具体地，确定系统确定的第二航向角
Figure BDA0002293264730000075
为：
Figure BDA0002293264730000076
需要说明的是，headi,i＝1,2,...n中可能会存在headi的值大于359°，也可能会存在headi小于1°，换句话说，在以墨卡托坐标系的正北方向为基准的条件下，载体的航向角在359°和1°之间大幅度跳动，基于此，在确定系统确定目标航向角之前，需要对所有小于1°的headi进行处理，一种可选的对小于1°的headi进行处理的具体方式为：
headi＝headi+2π
此外，确定系统根据当前坐标数据和历史坐标数据集合确定第一航向角集合的计算过程中，需要对历史坐标数据集合中的历史坐标数据进行更新，即在计算与当前坐标数据时间差最小的历史坐标数据对应的过渡航向角时，需令上文中的xn＝xn-1，xn-1＝xn-2，yn＝yn-1，yn-1＝yn-2。
S209：根据第一航向角和第二航向角确定目标航向角。
本申请实施例中，一种可选的确定系统根据第一航向角和第二航向角确定目标航向角的具体实施方式中，确定系统确定第一航向角与第二航向角的差值集合。当该差值集合中的最大差值大于或者等于预设阈值，确定系统确定第一航向角为目标航向角，否则该差值集合中的最大差值小于预设阈值，确定系统确定第二航向角为目标航向角。具体如下：
Figure BDA0002293264730000081
Figure BDA0002293264730000082
其中，δi表示第一航向角与第二航向角的差值，thresh表示预设阈值，max{δi}表示差值集合中的最大差值，此时预设阈值是指载体处于直线运动的阈值。
特别地，当max{δi}<thresh且
Figure BDA0002293264730000083
时，
Figure BDA0002293264730000084
采用本申请实施例所提供的一种航向角确定方法，通过1根卫星天线传输给卫星接收机的一路信号获得当前时刻载体的经纬度数据，结合历史时刻集合对应的历史坐标数据集合确定目标航向角，能够减小载体作直线运动时由于轻微抖动而引起的航向角误差，提高航向角的实时精度，还能够避免引入安装角误差的问题。
本申请实施例还提供的一种航向角确定系统，图3是本申请实施例提供的一种航向角确定系统的结构示意图，如图3所示，该系统包括：
第一获取单元301用于通过一路信号获取当前时刻的经纬度数据；
第一确定单元303用于基于墨卡托坐标变换模型和经纬度数据确定当前坐标数据；
第二获取单元305用于获取历史时刻集合对应的历史坐标数据集合；
第二确定单元307用于根据当前坐标数据和历史坐标数据集合确定第一航向角和第二航向角；
第三确定单元309用于根据第一航向角和第二航向角确定目标航向角。
本申请实施例中的系统与方法实施例基于同样的申请构思。
本申请实施例还提供的一种电子设备，电子设备可设置于服务器之中以保存用于实现方法实施例中的一种航向角确定方法相关的至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，该至少一条指令、该至少一段程序、该代码集或指令集由该存储器加载并执行以实现上述的航向角确定方法。
本申请实施例还提供的一种存储介质，存储介质可设置于服务器之中以保存用于实现方法实施例中一种航向角确定方法相关的至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，该至少一条指令、该至少一段程序、该代码集或指令集由该处理器加载并执行以实现上述航向角确定方法。
可选的，在本实施例中，上述存储介质可以位于计算机网络的多个网络服务器中的至少一个网络服务器。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
由上述本申请提供的航向角确定方法、系统、电子设备或存储介质的实施例可见，本申请中方法包括通过一路信号获取当前时刻的经纬度数据，基于墨卡托坐标变换模型和经纬度数据确定当前坐标数据，获取历史时刻集合对应的历史坐标数据集合，根据当前坐标数据和历史坐标数据集合确定第一航向角和第二航向角，根据第一航向角和第二航向角确定目标航向角。基于本申请实施例，通过1根卫星天线传输给卫星接收机的一路信号获得当前时刻载体的经纬度数据，结合历史时刻集合对应的历史坐标数据集合确定目标航向角，能够减小载体作直线运动时由于轻微抖动而引起的航向角误差，提高航向角的实时精度，还能够避免引入安装角误差的问题。
需要说明的是：上述本申请实施例的先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣，且上述本说明书对特定的实施例进行了描述，其他实施例也在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或者步骤可以按照不同的实施例中的顺序来执行并且能够实现预期的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出特定顺序或者而连接顺序才能够实现期望的结果，在某些实施方式中，多任务并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的均为与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统的实施例而言，由于其基于相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种航向角确定方法，其特征在于，包括：
通过一路信号获取当前时刻的经纬度数据；
基于墨卡托坐标变换模型和所述经纬度数据确定当前坐标数据；
获取历史时刻集合对应的历史坐标数据集合；
根据所述当前坐标数据和所述历史坐标数据集合确定第一航向角和第二航向角；
根据所述第一航向角和所述第二航向角确定目标航向角。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前坐标数据和所述历史坐标数据集合确定第一航向角，包括：
从所述历史坐标数据集合中确定出参考坐标数据；所述参考坐标数据为所述历史坐标数据集合中与所述当前坐标数据之间时间相差最小的坐标数据；
根据所述当前坐标数据和所述参考坐标数据确定第一航向角。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前坐标数据和所述参考坐标数据确定第一航向角，包括：
根据所述当前坐标数据和所述参考坐标数据确定当前过渡航向角；
若所述当前坐标数据中的当前坐标子数据大于所述参考坐标数据中的参考坐标子数据，根据第一预设数值和所述当前过渡航向角确定第一航向角。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前坐标数据和所述参考坐标数据确定第一航向角，包括：
根据所述当前坐标数据和所述参考坐标数据确定当前过渡航向角；
若所述当前坐标数据中的当前坐标子数据小于或者等于所述参考坐标数据中的参考坐标子数据，根据第二预设数值和所述当前过渡航向角确定第一航向角。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前坐标数据和所述历史坐标数据集合确定第二航向角，包括：
根据所述当前坐标数据和所述历史坐标数据集合确定第一航向角集合；
确定所述第一航向角集合中第一航向角的均值为第二航向角。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一航向角和所述第二航向角确定目标航向角，包括：
确定所述第一航向角与所述第二航向角的差值集合；
若所述差值集合中的最大差值大于或者等于预设阈值，确定所述第一航向角为目标航向角。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一航向角和所述第二航向角确定目标航向角，包括：
确定所述第一航向角与所述第二航向角的差值集合；
若所述差值集合中的最大差值小于预设阈值，确定所述第二航向角为目标航向角。
8.一种航向角确定系统，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于通过一路信号获取当前时刻的经纬度数据；
第一确定单元，用于基于墨卡托坐标变换模型和所述经纬度数据确定当前坐标数据；
第二获取单元，用于获取历史时刻集合对应的历史坐标数据集合；
第二确定单元，用于根据所述当前坐标数据和所述历史坐标数据集合确定第一航向角和第二航向角；
第三确定单元，用于根据所述第一航向角和所述第二航向角确定目标航向角。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现权利要求1-7任意一项所述航向角确定方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如权利要求1-7任意一项所述航向角确定方法。
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