CN114509799A - 一种车载组合导航系统的定位方法和车载组合导航装置 - Google Patents

一种车载组合导航系统的定位方法和车载组合导航装置 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了一种车载组合导航系统的定位方法和车载组合导航装置。所述方法包括：如果卫星导航系统处于拒止环境，在检测到卫星导航系统的卫星信号恢复后，控制所述车载组合导航系统采用松组合方式进行定位操作；在检测到惯性导航系统完成定位误差的修正后，控制所述车载组合导航系统采用紧组合方式进行定位操作。

Description

一种车载组合导航系统的定位方法和车载组合导航装置
技术领域
本申请实施例涉及车载组合导航领域，尤指一种车载组合导航系统的定位方法和车载组合导航装置。
背景技术
惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS)是一个使用加速度计和陀螺仪来测量物体的加速度和角速度，并用计算机来连续估算运动载体的位置、姿态和速度的导航系统。在此基础上，车辆载体可以方便提供里程计数据(Odometre，ODO)，基于低成本的惯性导航系统系统在隧道、地库等场景下，定位误差随时间逐渐发散，而全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)能够提供准确的位置、速度和时间信息，因此GNSS/INS/ODO组合导航系统逐渐发展起来。
卫星导航系统和惯性导航系统的融合可以分为紧组合、松组合和深组合。在GNSS拒止环境下，惯性导航系统处于独立工作下，在GNSS信号恢复后，如何对车载组合导航系统中的卫星导航系统和惯性导航系统融合方式进行管理是亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述任一技术问题，本申请实施例提供了一种车载组合导航系统的定位方法和车载组合导航装置。
为了达到本申请实施例目的，本申请实施例提供了一种车载组合导航系统的定位方法，包括：
如果卫星导航系统处于拒止环境，在检测到卫星导航系统的卫星信号恢复后，控制所述车载组合导航系统采用松组合方式进行定位操作；
在检测到松组合方式完成对惯性导航系统的定位误差的修正后，控制所述车载组合导航系统采用紧组合方式进行定位操作。
一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上文所述的方法。
一种车载组合导航装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上文所述的方法。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
在卫星导航系统处于拒止状态时，惯性导航系统的误差随着工作时间逐渐累计，在恢复卫星信号后，先采用松组合方式，利用卫星信号对累计误差进行修正，在检测到松组合方式完成对惯性导航系统的定位误差的修正后，再控制所述车载组合导航系统采用紧组合方式进行定位操作，能够有效降低车载组合导航系统的定位误差，保证定位的准确度。
本申请实施例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实施例而了解。本申请实施例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实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例的实施例一起用于解释本申请实施例的技术方案，并不构成对本申请实施例技术方案的限制。
图1为本申请实施例提供的车载组合导航系统的定位方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的车载组合导航系统的定位方法的另一流程图；
图3(a)为采用本申请实施例提供的方法所确定的导航轨迹与基准轨迹的对比的示意图；
图3(b)为采用传统方法所确定的导航轨迹与基准轨迹的对比的示意图；
图4(a)为采用本申请实施例提供的方法对应的位置误差曲线的示意图；
图4(b)为采用传输方法对应的位置误差曲线的示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请实施例的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
在实现本申请过程中，发现相关技术中存在如下问题，包括：
在卫星导航系统处于拒止状态时，惯性导航系统的误差随着工作时间逐渐累计，在恢复卫星信号后，在紧组合模式下，若此时卫星信号较弱或存在多径，同时利用惯性导航系统的位置信息对卫星测量值进行筛选，卫星导航系统测量值少且权重较低，累计误差修正速度慢。
基于上述分析，本申请实施例提供如下解决方案，包括：
图1为本申请实施例提供的车载组合导航系统的定位方法的流程图。如图1所示，所述车载组合导航系统设置有卫星导航系统和惯性导航系统，所述方法包括：
步骤101、如果卫星导航系统处于拒止环境，在检测到卫星导航系统的卫星信号恢复后，控制所述车载组合导航系统采用松组合方式进行定位操作；
其中，在松组合中，卫星导航系统与惯性导航系统系统各自独立工作，最终将两者数据融合，用于修正惯性导航系统的相关参数，卫星导航系统的定位操作受惯性导航系统影响低；在紧组合中，卫星导航系统的定位操作不存在独立定位，利用卫星定位原始信息，如伪距、伪距率等，直接与惯性导航系统融合，两者共同工作。
在本步骤中，在检测到卫星导航系统的卫星信号恢复后，由于惯性导航系统的误差随着工作时间逐渐累计，利用松组合方式修正惯性导航系统的相关参数，达到降低惯性导航系统的定位误差的目的，进而有效控制车载组合导航系统的误差。
步骤102、在检测到松组合方式完成对惯性导航系统的定位误差的修正后，控制所述车载组合导航系统采用紧组合方式进行定位操作；
在采用松组合方式完成对惯性导航系统的定位误差的修正，车载组合导航系统的定位误差得到明显降低，再进入紧组合方式进行定位操作，能够有效保证定位的准确度。
本申请实施例提供的方法，在卫星导航系统处于拒止状态时，惯性导航系统的误差随着工作时间逐渐累计，在恢复卫星信号后，先采用松组合方式，利用卫星信号对累计误差进行修正，在检测到松组合方式完成对惯性导航系统的定位误差的修正后，再控制所述车载组合导航系统采用紧组合方式进行定位操作，能够有效降低车载组合导航系统的定位误差，保证定位的准确度。
下面对本申请实施例提供的方法进行说明：
在一个示例性实施例中，通过如下方式确定惯性导航系统完成定位误差的修正，包括：
计算车载组合导航系统采用松组合确定的组合定位结果与卫星导航系统独立确定的定位结果之间的定位误差；
如果所述定位误差满足预设的误差条件，则确定惯性导航系统完成定位误差的修正。
当松组合滤波结果与卫星导航系统定位结果差之间的定位误差满足预设的误差条件，表示松组合方式中惯性导航系统已完成相关参数的修正，使得松组合确定的组合定位结果与卫星定位系统所确定的定位结果之间的差距较小，因此，可以由松组合滤波转为紧组合滤波。
在一个示例性实施例中，在检测到卫星导航系统的卫星信号恢复后，所述方法还包括：
获取惯性导航系统在卫星导航系统处于拒止环境下的工作状态信息；
根据所述工作状态信息，确定所述惯性导航系统当前的定位精度是否满足预设的精度阈值；
如果满足所述精度阈值，直接控制所述车载组合导航系统采用紧组合方式进行定位操作；否则，控制所述车载组合导航系统采用松组合方式进行定位操作。
其中，所述工作状态信息包括独立工作的时长、独立工作的路程以及所述路程中车辆转弯次数中的至少一个。
具体的，车辆载体在拒止环境下行驶，主要依靠惯性导航进行递推。若拒止环境的行驶路程较短，转弯较少，惯性导航系统独立工作的时间较短，则车载组合导航系统可以维持较好的定位精度，在恢复GNSS信号后，GNSS的测量值可直接参与紧组合的滤波估算；若拒止环境下行驶路程较长，转弯较多，惯性导航系统独立工作的时间较长，则车载组合导航系统的定位精度已经退化，在恢复GNSS信号后，若GNSS的测量值直接参与紧组合滤波解算，则组合导航的结果会受到惯性导航系统的影响，因此，先控制所述车载组合导航系统采用松组合方式进行定位操作，以减少惯性导航系统对组合导航系统的定位结果的影响。
进一步的，如果不满足所述精度阈值，控制卫星导航系统独立定位，并分别获取同一历元中卫星导航系统的第一定位结果和惯性导航系统的第二定位结果；
计算所述第一定位结果与所述第二定位结果的位置偏差；
如果所述位置偏差在预设的偏差范围内，控制所述车载组合导航系统采用松组合方式进行定位操作；否则，将第一定位结果作为车载组合导航系统的定位结果进行输出
在不满足精度阈值时，此时惯性导航系统权重较大，融合定位误差不能够快速修正，而根据卫星测量值进行独立定位，则可排除掉惯性导航系统的影响，因此，控制卫星导航系统进行独立定位，根据卫星导航系统的测量值进行定位，可以获得独立的定位结果，不再受惯性导航系统的影响，保证定位结果的准确性。
进一步的，组合导航系统再对卫星导航系统航定位结果和惯性导航系统定位结果进行融合，根据定位误差、卫星信号质量以及惯性导航系统工作质量，分为以下两大类：
(1)卫星导航系统的定位结果与惯性导航系统定位结果之间的位置偏差如果大于阈值，不再信任惯性导航系统位置，直接输出PVT定位结果作为组合定位结果；
(2)卫星定位结果与惯性导航系统定位结果误差小于阈值，则进行松组合滤波，将松组合滤波结果作为组合定位结果。
在一个示例性实施例中，记录连续以第一定位结果作为组合定位结果进行输出的次数；在记录的次数达到预设的次数阈值后，利用第一定位结果对惯性导航系统的参数进行初始化操作。
若持续多次以第一定位结果作为组合定位结果进行输出，表示惯性导航系统的相关参数存在较大偏差，无法在短时间内完成修正，因此，根据卫星导航系统的定位结果重新进行初始位置的设置，以保证惯性导航系统尽快恢复正常工作。
在一个示例性实施例中，所述控制所述车载组合导航系统采用松组合方式进行定位操作，包括：
对松组合方式中卫星导航系统对应的第一权重和惯性导航系统的第二权重进行调整；
利用调整后的第一权重和第二权重采用松组合方式进行定位操作。
在不满足精度阈值时，惯性导航系统对应的权重的较大，在采用松组合方式进行定位时，将两者定位结果进行适当权重分配，可以有效保证松组合定位结果的准确性。
在一个示例性实施例中，所述对松组合方式中卫星导航系统对应的第一权重和惯性导航系统的第二权重进行调整，包括：
根据惯性导航系统的定位精度，确定卫星导航系统对应的第一权重的调整范围；
根据所述第一权重的调整范围，对所述第一权重和所述第二权重的取值进行调整。
按照惯性导航系统的定位精度，确定卫星导航系统对应的第一权重的调整范围，其中，惯性导航系统的定位精度越差，第一权重所增加的数值越大，对应的调整范围越大。采用上述方式进行调整可以有效保证权重调整的准确性。
进一步的，通过至少两次的调整操作，控制所述第一权重的取值变化达到所述调整范围。
可以通过多次调整，将第一权重的取值变化达到该调整范围，以保证第一权重的数值逐渐增大，保证松组合方式的组合定位操作的平滑过渡。
通过如下方式确定第一权重每次调整的调整幅度，包括：
获取卫星信号的信号质量；
根据所述信号质量，确定所述第一权重在所述调整范围对应的调整幅度。
卫星信号的信号质量越好，每次的调整幅度的数值越大；反之，卫星信号的信号质量越小，每次的调整幅度的数值越小。基于上述方式进行第一权重的调整幅度的确定，可以有效保证松组合方式的组合定位操作的准确性。
举例来说，对惯性导航系统的工作状态进行判决，主要分为以下三类：
(1)若惯性导航系统工作状态很差，此时根据卫星导航系统的卫星信号质量分阶梯提高卫星导航定位结果P1的定位权重，当前卫星信号质量m＞m0，权重设置为w0，卫星信号质量m0≥m＞m1，设置权重w1，卫星信号质量m1≥m＞m2，设置权重w2，卫星信号质量m＜m0，设置权重w3，其中每阶段所增加的幅度为a1；
(2)若惯性导航系统工作状态差，此时根据卫星导航系统的卫星信号质量分阶梯小幅度提高卫星导航定位结果P1的定位权重，当前卫星信号质量m＞m0，权重设置为w4，卫星信号质量m0≥m＞m1，设置权重w5，卫星信号质量m1≥m＞m2，设置权重w6，卫星信号质量m＜m0，设置权重w7，其中每阶段所增加的幅度为a2；
(3)若惯性导航系统工作状态一般，此时根据卫星导航系统的卫星信号质量分阶梯设置定位结果，以提高卫星导航定位结果P1的定位权重，当前卫星信号质量m＞m0，权重设置为w8，卫星信号质量m0≥m＞m1，设置权重w9，卫星信号质量m1≥m＞m2，设置权重w10，卫星信号质量m＜m0，设置权重w11，其中每阶段所增加的幅度为a3；
其中，m0～m2代表不同的信号质量阈值；
w0～w10为松组合时卫星导航系统定位结果的融合权重，其中，权重的编号越大，数值越小；
a1～a3为松组合时卫星导航系统定位结果的融合权重每阶段所增加的幅度，其中，幅度的编号越大，数值越小。
下面以具体应用实例对本申请实施例提供的方法进行说明：
基于低成本的GNSS/IMU/ODO的车载组合导航系统，从GNSS拒止环境到恢复GNSS信号环境后，惯性导航系统累计误差修正慢、定位轨迹不准确的问题。为了解决上述技术问题，本申请实施例提供如下解决方案，包括：
图2为本申请实施例提供的车载组合导航系统的定位方法的另一流程图。如图2所示，所述车载组合导航系统设置有卫星导航系统和惯性导航系统，所述方法包括：
步骤201、检测GNSS信号恢复；
步骤202、对惯性导航系统当前的定位性能进行判定；
若当前性能可信，则执行步骤203。
若当前性能不可信，则执行步骤204至步骤209；
步骤203、继续进行紧组合滤波，再执行步骤210；
步骤204、退出紧组合滤波；
步骤205、控制卫星导航系统根据GNSS测量值独立进行定位；
步骤206、判断卫星导航系统与惯性导航系统之间的定位差异是否满足阈值；
其中，设置阈值为P0，获得卫星导航系统当前的定位结果P1，以及惯性导航系统当前的定位结果为P2；
若|P1-P2|≥P0,则执行步骤207，不再信赖惯性导航系统结果P2；反之，则信赖惯性导航系统结果P2，则执行步骤207至步骤208；
步骤207、选取卫星导航系统的定位结果P1，执行。
可选的，若连续多次以卫星导航系统的定位结果进行输出，则将卫星导航系统定位结果重新赋值给惯性导航系统作为初始值。
步骤208、对惯性导航系统的工作状态进行判决，主要分为以下三类：
(1)若惯性导航系统工作状态很差，此时根据卫星导航系统的卫星信号质量分阶梯大幅度提高卫星导航定位结果P1的定位权重，当前卫星信号质量m＞m0，权重设置为w0，卫星信号质量m0≥m＞m1，设置权重w1，卫星信号质量m1≥m＞m2，设置权重w2，卫星信号质量m＜m0，设置权重w3；
(2)若惯性导航系统工作状态差，此时根据卫星导航系统的卫星信号质量分阶梯小幅度提高卫星导航定位结果P1的定位权重，当前卫星信号质量m＞m0，权重设置为w4，卫星信号质量m0≥m＞m1，设置权重w5，卫星信号质量m1≥m＞m2，设置权重w6，卫星信号质量m＜m0，设置权重w7；
(3)若惯性导航系统工作状态一般，此时根据卫星导航系统的卫星信号质量分阶梯设置卫星导航定位结果P1的定位权重。当前卫星信号质量m＞m0，权重设置为w8，卫星信号质量m0≥m＞m1，设置权重w9，卫星信号质量m1≥m＞m2，设置权重w10，卫星信号质量m＜m0，设置权重w11。以上m0～m2代表不同的信号质量阈值，w0～w10为松组合时卫星导航系统定位结果的融合权重，根据编号，权重逐渐降低。
步骤209、在设置好权重后，进行松组合滤波，并执行步骤210；
步骤210、输出定位结果，流程结束。
综上所述，相较于传统的紧组合车载组合导航系统，可以在GNSS信号恢复时，对车辆载体状态进行评估，及时切换松组合模式让卫星导航独立定位，并根据卫星导航系统和惯性导航系统的状态，动态选择不同的融合权重，快速修正惯性导航系统累计误差，保证GNSS信号恢复后的定位性能。
图3(a)为采用本申请实施例提供的方法所确定的导航轨迹与基准轨迹的对比的示意图。如图3(a)所示，箭头所标识的曲线为基准轨迹，没有箭头标记的曲线为采用本申请实施例提供的方法所确定的导航轨迹，车辆在图中右下方位置丢失GNSS信号，后续改为纯惯性导航系统递推，误差逐渐累计，在右上角位置恢复弱GNSS信号，在左下角位置恢复强GNSS信号。
图3(b)为采用传统方法所确定的导航轨迹与基准轨迹的对比的示意图。如图3(b)所示，箭头所标识的曲线为基准轨迹，没有箭头标记的曲线为采用本申请实施例提供的方法所确定的导航轨迹，车辆在图中右下方位置丢失GNSS信号，后续改为纯惯性导航系统递推，误差逐渐累计，在右上角位置恢复弱GNSS信号，在左下角位置恢复强GNSS信号。
从图3(a)和图3(b)可以看出，在恢复GNSS弱信号后，本申请实施例提供的方法即可快速修正累计误差，满足基本导航需求，而传统方法轨迹定位误差并未得到明显收敛，在恢复GNSS强信号后，新方法的定位精度进一步提升，传统方法定位误差慢慢收敛。可以看出，在GNSS信号恢复后，新的组合导航策略可以明显提升定位质量。
图4(a)为采用本申请实施例提供的方法对应的位置误差曲线的示意图。图4(b)为采用传输方法对应的位置误差曲线的示意图。由图4(a)和图4(b)对比可以看出，在恢复GNSS弱信号后，新方法的位置误差要明显小于传统方法的位置误差，因此，在恢复GNSS弱信号的期间，本申请实施例提供方法相较于传统方法具有明显优势。
本申请实施例提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上文任一项中所述的方法。
本申请实施例提供一种车载组合导航装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上文任一项中所述的方法。
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 (12)

1.一种车载组合导航系统的定位方法，其特征在于，所述车载组合导航系统设置有卫星导航系统和惯性导航系统，所述方法包括：
如果卫星导航系统处于拒止环境，在检测到卫星导航系统的卫星信号恢复后，控制所述车载组合导航系统采用松组合方式进行定位操作；
在检测到惯性导航系统完成定位误差的修正后，控制所述车载组合导航系统采用紧组合方式进行定位操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下方式确定惯性导航系统完成定位误差的修正，包括：
计算车载组合导航系统采用松组合确定的组合定位结果与卫星导航系统独立确定的定位结果之间的定位误差；
如果所述定位误差满足预设的误差条件，则确定惯性导航系统完成定位误差的修正。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在检测到卫星导航系统的卫星信号恢复后，所述方法还包括：
获取惯性导航系统在卫星导航系统处于拒止环境下的工作状态信息；
根据所述工作状态信息，确定所述惯性导航系统当前的定位精度是否满足预设的精度阈值；
如果满足所述精度阈值，控制所述车载组合导航系统采用紧组合方式进行定位操作；否则，控制所述车载组合导航系统采用松组合方式进行定位操作。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述工作状态信息包括独立工作的时长、独立工作的路程以及所述路程中车辆转弯次数中的至少一个。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果不满足所述精度阈值，控制卫星导航系统独立定位，并分别获取同一历元中卫星导航系统的第一定位结果和惯性导航系统的第二定位结果；
计算所述第一定位结果与所述第二定位结果的位置偏差；
如果所述位置偏差在预设的偏差范围内，控制所述车载组合导航系统采用松组合方式进行定位操作；否则，将第一定位结果作为车载组合导航系统的组合定位结果进行输出。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
记录连续以第一定位结果作为组合定位结果进行输出的次数；
在记录的次数达到预设的次数阈值后，利用第一定位结果对惯性导航系统的参数进行初始化操作。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述控制所述车载组合导航系统采用松组合方式进行定位操作，包括：
对松组合方式中卫星导航系统对应的第一权重和惯性导航系统的第二权重进行调整；
利用调整后的第一权重和第二权重采用松组合方式进行定位操作。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对松组合方式中卫星导航系统对应的第一权重和惯性导航系统的第二权重进行调整，包括：
根据惯性导航系统的定位精度，确定卫星导航系统对应的第一权重的调整范围；
根据所述第一权重的调整范围，对所述第一权重和所述第二权重的取值进行调整。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过至少两次的调整操作，控制所述第一权重的取值变化达到所述调整范围。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，通过如下方式确定第一权重每次调整的调整幅度，包括：
获取卫星信号的信号质量；
根据所述信号质量，确定所述第一权重在所述调整范围对应的调整幅度。
11.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求1至10任一项中所述的方法。
12.一种车载组合导航装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行所述权利要求1至10任一项中所述的方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117092665A (zh) * 2023-08-03 2023-11-21 广州海格晶维信息产业有限公司 一种组合导航设备抗多径干扰的方法及系统
WO2024041156A1 (zh) * 2022-08-25 2024-02-29 深圳市广通远驰科技有限公司 车辆定位校准方法、装置、计算机设备及存储介质

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