CN114018238B - 一种横向与纵向联合的多源传感器数据可用性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种横向与纵向联合的多源传感器数据可用性评估方法，属于导航定位领域。本发明采集多源传感器接收到的数据信息，将多源传感器采集的信息进行时空基准的对齐并变换为相同的数据格式，对同源的传感器数据进行纵向评估，剔除存在跳变的传感器数据，然后对传感器数据进行横向评估，剔除当前不可用传感器。该方法能够解决复杂环境下参与导航定位的传感器信息可用性评估问题，有利于提升导航系统在复杂环境下的稳定性和定位性能。

Description

一种横向与纵向联合的多源传感器数据可用性评估方法

技术领域

本发明涉及导航定位领域，特别是指一种横向与纵向联合的多源传感器数据可用性评估方法。

背景技术

任何一种单一的PNT信息源都可能存在风险，如GNSS提供的PNT服务尽管具有全天候、全天时和全球覆盖的特点，但GNSS存在明显的弱点，如信号易被遮蔽、易被干扰、易被欺骗，于是PNT(positioning,navigation,and timing，导航定位和授时)服务的安全性、完好性得不到保障。凡涉及人身安全的PNT服务，必须确保安全可靠。于是，其他手段的“冗余”PNT信息源的利用就显得十分重要。

美国的弹性导航是针对人员在地下、水下、室内、城市、高山峡谷、GPS服务被干扰、被阻断等场景下的导航定位问题而提出的。但是，目前还不存在一种普适的导航定位手段能解决所有复杂场景导航定位的背景下，根据导航定位场景的不同，弹性的选择融合定位的传感器数据，通过动态协调各种PNT服务信息，使用各种经过整合和验证的PNT信息源融合导航定位，提升导航终端在复杂环境下的导航定位性能。然而，随着导航环境的变化，之前可用的传感器信息可能会变的不可用，因此需要根据导航定位环境的变化实时评估当前多种传感器信息的可用性，提升导航定位在复杂多变环境下的定位鲁棒性。

发明内容

针对复杂多变环境下的高精度导航定位的多源传感器信息可用性评估问题，本发明提供一种横向与纵向联合的多源传感器数据可用性评估方法，其能够在复杂多变的环境下实时选出最优参与导航定位的传感器信息组合。

本发明的目的是这样实现的：

一种横向与纵向联合的多源传感器数据可用性评估方法，包括以下步骤：

(1)采集多源传感器信息，将多源传感器信息转换为相同的数据格式并进行时空基准的配准，形成观测量X_k，其中X_k＝[x_1k,…x_mk,…x_Mk]，M为传感器数量，x_mk表示第m个传感器k时刻的观测量；

(2)计算同源数据纵向预测的前后时刻的差值，即：

e_mk＝x_mk-x_m(k-1)，e_m(k-1)＝x_m(k-1)-x_m(k-2)

e_mk表示从k-1时刻到k时刻的观测量变化率；

(3)根据不同时刻差值变化率来判断当前传感器是否可用，即定义检测量：

其中，T_Q为跳变检测门限，q_mk为第m个传感器k时刻的差值变化率，abs()表示取绝对值；

(4)重复步骤(2)-(3),直到完成M个传感器数据的纵向检测；

(5)计算非同源数据的横向预测值和观测值之间的残差：

其中，H_k为k时刻的观测矩阵，为从k-1时刻到k时刻的观测向量估计值，向量长度为M；

(6)定义传感器可用性检测函数偏离方差为

其中，A_k为传感器约束矩阵，A_k＝var(r_k)，即A_k为r_k的协方差，T_D为设定的判别门限，λ_mk为λ_k中的第m个元素，m＝1,…,M；k时刻方差矩阵λ_k里大于T_D的偏离方差对应的传感器，即为当前不可用传感器；

(7)根据横向和纵向的传感器数据检测结果，剔除当前时刻不可用传感器数据，并构建当前时刻新的观测矩阵X_Lk,Lk表示k时刻可用传感器数据数量。

本发明的有益效果在于：

1、本发明方法通过对多源传感器信息的当前可用性进行评估，为接收机当前可用的传感器信息。

2、本发明能够根据环境的变化自适应的选择参与定位的传感器信息，提升了导航定位的稳定性与连续性。

3、本发明采用横向和纵向两种方法判别传感器信号的可用性，提升了导航定位的鲁棒性。

附图说明

图1为本发明实施例中方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种横向与纵向联合的多源传感器数据可用性评估方法，该方法利用多源传感器数据的横向、纵向对比，判断多源传感器数据是否可用来进行导航定位，进而选出可用于多源弹性融合定位的最优数据。具体包括如下步骤：

(1)采集多源传感器信息，将多源传感器信息转换为相同的数据格式并进行时空基准的配准其中X_k＝[x_1k,…x_mk,…x_Mk]，M为传感器数量，x_mk表示第m个传感器k时刻的观测量；具体方式如下：

(101)在同一时刻采集各传感器的数据，保持各传感器数据时间基准的统一；

(102)将同一时刻采集到的不同传感器数据转换到同一坐标系下；

(103)将不同传感器的数据转换为统一的数据格式(例如类似卫星伪距的形式)，并构建当前k时刻新的观测矩阵X_k。

(2)计算同源数据纵向预测的前后时刻的差值，即：

e_mk＝x_mk-x_m(k-1)，e_m(k-1)＝x_m(k-1)-x_m(k-2)

其中x_mk表示k时刻第m个传感器的观测数据，x_m(k-1)表示k-1时刻第m个传感器的观测数据，x_m(k-2)表示k-2时刻第m个传感器的观测数据，e_mk表示从k-1时刻到k时刻第m个观测量的变化率，e_m(k-1)表示从k-2时刻到k-1时刻第m个观测量的变化率。

(3)根据不同时刻差值变化率来判断当前传感器是否可用，即定义检测量：

其中T_Q为跳变检测门限，q_mk为第m个传感器k时刻的差值变化率，abs()表示绝对值。

(4)重复步骤(2)-(3)，直到完成M个传感器数据的纵向检测。

(5)计算非同源数据的横向预测值和观测值之间的残差，即

其中X_k为k时刻的观测值，H_k为k时刻的观测矩阵，从k-1时刻到k时刻的观测向量的估计值，向量长度为M，M为传感器数量。

(6)定义传感器可用性检测函数偏离方差为

其中，A_k＝var(r_k)为r_k的协方差，T_D为设定的判别门限，A_k为传感器约束矩阵，λ_mk为λ_k中第m个元素，m＝1,…,M。k时刻方差矩阵λ_k里大于T_D的偏离方差对应的传感器，即为当前不可用传感器。

(7)根据横向和纵向的传感器数据检测结果剔除当前时刻不可用传感器数据，并构建当前时刻新的观测矩阵X_Lk,Lk表示k时刻可用传感器数据数量。

总之，本发明采集多源传感器接收到的数据信息，将多源传感器采集的信息进行时空基准的对齐并变换为相同的数据格式，对同源的传感器数据进行纵向评估，剔除存在跳变的传感器数据，然后对传感器数据进行横向评估，剔除当前不可用传感器。该方法能够解决复杂环境下参与导航定位的传感器信息可用性评估问题，适用于复杂环境下的多源融合导航定位多源数据预处理，评估多源传感器信息是否能够用来参与多源定位，有利于提升导航系统在复杂环境下的稳定性和定位性能。

Claims (1)

1.一种横向与纵向联合的多源传感器数据可用性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采集多源传感器信息，将多源传感器信息转换为相同的数据格式并进行时空基准的配准，形成观测量X_k，其中X_k＝[x_1k,…x_mk,…x_Mk]，M为传感器数量，x_mk表示第m个传感器k时刻的观测量；

(2)计算同源数据纵向预测的前后时刻的差值，即：

e_mk＝x_mk-x_m(k-1)，e_m(k-1)＝x_m(k-1)-x_m(k-2)

e_mk表示从k-1时刻到k时刻的观测量变化率；

(3)根据不同时刻差值变化率来判断当前传感器是否可用，即定义检测量：

其中，T_Q为跳变检测门限，q_mk为第m个传感器k时刻的差值变化率，abs()表示取绝对值；

(4)重复步骤(2)-(3),直到完成M个传感器数据的纵向检测；

(5)计算非同源数据的横向预测值和观测值之间的残差：

其中，H_k为k时刻的观测矩阵，为从k-1时刻到k时刻的观测向量估计值，向量长度为M；

(6)定义传感器可用性检测函数偏离方差为

其中，A_k为传感器约束矩阵，A_k＝var(r_k)，即A_k为r_k的协方差，T_D为设定的判别门限，λ_mk为λ_k中的第m个元素，m＝1,…,M；k时刻方差矩阵λ_k里大于T_D的偏离方差对应的传感器，即为当前不可用传感器；

(7)根据横向和纵向的传感器数据检测结果，剔除当前时刻不可用传感器数据，并构建当前时刻新的观测矩阵X_Lk,Lk表示k时刻可用传感器数据数量。