專利名稱：基于移動gps/ins節(jié)點的協(xié)同車輛定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于移動GPS/INS節(jié)點的協(xié)同車輛定位方法，屬于車輛導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，車輛導(dǎo)航系統(tǒng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。如何在車輛行駛的條件下獲得盡可能精確的定位信息、如何開發(fā)低成本的車輛導(dǎo)航系統(tǒng)成為緊要的問題。GPS作為新一代的全球定位系統(tǒng)，具有全天候、全球性、連續(xù)提供三維導(dǎo)航數(shù)據(jù)以及誤差有界等優(yōu)點。從成本、可實現(xiàn)性等方面來看，GPS有著其他系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)點。但是由于受星歷誤差、電離層誤差等原因，普通的GPS接收機的定位精度受到嚴重影響。普通GPS接收機的定位精度可達30m左右，這一精度顯然不能滿足高精度的車輛定位要求。
為了提高GPS的定位精度，差分GPS的隨之產(chǎn)生。差分GPS(DGPS，DifferentialGPS)首先利用已知精確三維坐標的差分GPS基準站，求得偽距修正量或位置修正量，再將這個修正量實時或事后發(fā)送給用戶端(GPS導(dǎo)航儀)，對用戶端的測量數(shù)據(jù)進行修正，以提高GPS定位精度。根據(jù)差分GPS基準站發(fā)送的信息方式可將差分GPS定位分為三類，即位置差分、偽距和相位差分。其中，位置差分是一種最簡單的差分方法，任何一種GPS接收機都可改裝或組成這種差分系統(tǒng)。位置差分的原理為安裝在基準站上的GPS接收機觀測4顆衛(wèi)星后便可進行三維定位，解算出基準站的坐標，由于存在著軌道誤差、時鐘誤差、大氣影響及電離層誤差等，計算出的坐標與基準站的已知坐標是不一樣的，存在一個誤差，基準站求出坐標誤差并將改正數(shù)發(fā)送出去并由用戶端接收，以對其解算的用戶端坐標進行改正。利用基于位置差分的DGPS對車輛進行定位，可將定位精度由十米級提高到米級甚至更高。但是，DGPS在實際工程應(yīng)用中也有其顯著缺點，如一、DGPS接收機價格遠高于普通GPS接收機，無法在車載導(dǎo)航應(yīng)用中得到推廣；二、由于DGPS的基準站往往距用戶端較遠，當用戶端工作在高樓林立的城市環(huán)境中時，DGPS無法消除多路徑效應(yīng)帶來的誤差，導(dǎo)致DGPS的定位精度有所下降。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS, Inertial navigation system)是基于慣性傳感器的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)，它利用慣導(dǎo)傳感器測量運動的角速度和加速度，經(jīng)計算確定車輛位置，實現(xiàn)車輛的自主定位。但慣性元件的漂移誤差和標定誤差將使累積誤差隨著時間逐漸積累，最終達到無法忍受的程度，而且目前高精度的INS系統(tǒng)價格高昂，很難在車載導(dǎo)航系統(tǒng)中得到推廣。多傳感器融合技術(shù)的出現(xiàn)極大的推動了車載定位技術(shù)的發(fā)展，利用多傳感器融合技術(shù)，將低精度的GPS和INS組合在一起，即能得到高精度的組合導(dǎo)航定位結(jié)果。隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，車與車之間的通信技術(shù)越來越成熟。通過無線傳輸技術(shù)，車輛與車輛之間可以實時的交換位置、速度等信息。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種基于移動GP S /1N S節(jié)點的協(xié)同車輛定位方法，該方法在部分車輛(如公交車)上安裝GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)及無線傳輸裝置，利用GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)得到車輛位置信息，同時與GPS單獨輸出的車輛信息做比較，得出GPS的位置誤差，然后利用無線傳輸裝置將該GPS位置誤差值傳播給附近的只載有普通GPS接收機的車輛，這些車輛在普通GPS輸出的車輛位置信息的基礎(chǔ)上減去該GPS位置誤差值，得到車輛定位結(jié)果。本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案
一種基于移動GPS/INS節(jié)點的協(xié)同車輛定位方法，包括下列步驟
(1)載有GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的車輛利用數(shù)據(jù)融合方法得到高精度的車輛位置信
息；
(2)將GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的位置信息與GPS接收機單獨輸出的位置信息進行比較，得出GPS位置誤差值；
(3)載有GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的車輛同時裝有無線傳輸輸出設(shè)備，利用無線傳輸方法，將GPS位置誤差值傳播給附近的只載有普通GPS接收機的車輛； (4)只載有普通GPS接收機的車輛同時裝有無線傳輸接收設(shè)備，接收步驟(3)中的GPS位置誤差值，同時在普通GPS接收機輸出的車輛位置信息的基礎(chǔ)上減去該GPS位置誤差值，即得到車輛定位結(jié)果。步驟(I)中所述數(shù)據(jù)融合方法，包含卡爾曼濾波、粒子濾波，以及基于卡爾曼濾波和粒子濾波的改進數(shù)據(jù)融合算法。步驟(I)中所述GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)，其組合方式為速度位置緊組合方式。步驟(3)中所述無線傳輸方法采用IEEE 802. Ila通信標準協(xié)議。該方法的差分方式為位置差分。本發(fā)明的有益效果如下
(I)本發(fā)明綜合利用組合導(dǎo)航方法及無線通信方法，相較于傳統(tǒng)的差分GPS基準站，本發(fā)明建立了 “移動”差分GPS基準站。(2)本發(fā)明建立的“移動”差分GPS基準站適用范圍廣，能有效降低傳統(tǒng)差分GPS基準站不能消除的多路徑誤差。(3)相較于傳統(tǒng)的差分GPS,本發(fā)明建立的“移動”差分GPS成本低廉,易于推廣。(4)該方法能夠有效地克服電離層誤差、多路徑誤差對普通GPS接收機的影響，在成本增加不大的情況下有效地提高普通GPS接收機的定位精度。


圖I為基于差分GPS概念的車輛定位方法示意圖。圖2為GPS/INS緊組合導(dǎo)航原理框圖。
具體實施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明創(chuàng)造做進一步詳細說明。基于差分GPS概念的車輛定位方法，由于公交車在城市中數(shù)量較多、活動范圍廣泛，且?guī)缀跗骄峙溆诟鱾€街道上，故一般將GPS/INS組合定位系統(tǒng)安裝在公交車上。如圖I所示，安裝有GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的公交車同時配備無線通信傳輸設(shè)備，該設(shè)備可將GPS位置誤差值進行廣播，傳播給附近的只載有普通GPS接收機的車輛；
圖2為GPS/INS緊組合導(dǎo)航原理框圖，如圖所示，GPS與INS的組合方式采用位置緊組合方式。只載有普通GPS的車輛接收GPS位置誤差值，對自身的GPS接收機輸出的位置信息進行校正，得到高精度的導(dǎo)航定位結(jié)果。本發(fā)明的原理是差分GPS的原理是首先利用已知精確三維坐標的差分GPS基準臺，求得偽距修正量或位置修正量，再將這個修正量實時或事后發(fā)送給用戶(GPS導(dǎo)航儀)，對用戶的測量數(shù)據(jù)進行修正，以提高GPS的定位精度，可將GPS的定位精度由普通GPS的十米級提高到米級甚至厘米級。差分GPS由于其定位精度高，目前已得到了廣泛應(yīng)用。但是差分GPS的工程化應(yīng)用也有其局限性，具體表現(xiàn)為一、差分GPS價格較高，不利于商業(yè)推廣；二、為了更好的獲得衛(wèi)星信號，差分GPS基準臺往往建于空曠的郊外地區(qū)，距離差分GPS用戶端比較遠，當差分GPS用戶端工作于高樓林立的城市環(huán)境中時，往往會受到與城市環(huán)境有關(guān)的多路徑誤差的影響，該誤差無法通過差分方法消除。本發(fā)明利用差分GPS的概念，首先在部分車輛(如公交車)上安裝導(dǎo)航定位精度較高的GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)，然后比較GPS/INS組合導(dǎo)航定位的輸出與GPS接收機單獨的輸出，得到GPS接收機的位置誤差值，最后通過無線傳輸方法將該GPS位置誤差值傳播給附近的只載有普通GPS接收機的車輛，便可有效的消除普通GPS接收機的導(dǎo)航定位誤差。具體步驟如下
(I)載有GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的車輛利用數(shù)據(jù)融合方法得到高精度的車輛位置信息。此處的數(shù)據(jù)融合方法指卡爾曼濾波、粒子濾波以及基于卡爾曼濾波和粒子濾波的各種優(yōu)化濾波算法。
(2)將GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的高精度的車輛位置信息與GPS接收機單獨輸出的車輛位置信息進行比較，得出GPS位置誤差值。(3)載有GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的車輛同時裝有無線傳輸輸出設(shè)備，而只載有普通GPS接收機的車輛同時裝有無線傳輸接收設(shè)備，可利用無線傳輸技術(shù)(如IEEE802. 11a)，將步驟(2)中得到的GPS位置誤差值傳輸給附近的只載有普通GPS接收機的車輛。(4)只載有普通GPS接收機的車輛利用無線傳輸接收設(shè)備接收到GPS位置誤差值，同時在普通GPS接收機輸出的車輛位置信息的基礎(chǔ)上減去該GPS位置誤差值，最終得到高精度的車輛定位結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種基于移動GPS/INS節(jié)點的協(xié)同車輛定位方法，其特征在于包括下列步驟 (1)載有GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的車輛利用數(shù)據(jù)融合方法得到高精度的車輛位置信息； (2)將GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的位置信息與GPS接收機單獨輸出的位置信息進行比較，得出GPS位置誤差值； (3)載有GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的車輛同時裝有無線傳輸輸出設(shè)備，利用無線傳輸方法，將GPS位置誤差值傳播給附近的只載有普通GPS接收機的車輛； (4)只載有普通GPS接收機的車輛同時裝有無線傳輸接收設(shè)備，接收步驟(3)中的GPS位置誤差值，同時在普通GPS接收機輸出的車輛位置信息的基礎(chǔ)上減去該GPS位置誤差值，即得到車輛定位結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的基于移動GPS/INS節(jié)點的協(xié)同車輛定位方法，其特征在于步驟(I)中所述數(shù)據(jù)融合方法，包含卡爾曼濾波、粒子濾波，以及基于卡爾曼濾波和粒子濾波的改進數(shù)據(jù)融合算法。
3.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的基于移動GPS/INS節(jié)點的協(xié)同車輛定位方法，其特征在于步驟(I)中所述GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)，其組合方式為速度位置緊組合方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的基于移動GPS/INS節(jié)點的協(xié)同車輛定位方法，其特征在于步驟(3)中所述無線傳輸方法采用IEEE 802. Ila通信標準協(xié)議。
5.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的基于移動GPS/INS節(jié)點的協(xié)同車輛定位方法，其特征在于該方法的差分方式為位置差分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于移動GPS/INS節(jié)點的協(xié)同車輛定位方法，屬于車輛導(dǎo)航定位技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟一、載有GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的車輛利用數(shù)據(jù)融合方法得出車輛位置信息；二、將GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)輸出的高精度車輛位置信息與GPS接收機單獨輸出的車輛位置信息進行比較，得到GPS位置誤差值；三、載有GPS/INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)的車輛利用無線傳輸方法，將GPS位置誤差值傳輸給附近的只載有GPS接收機的車輛；四、只載有GPS接收機的車輛在GPS接收機輸出的位置信息的基礎(chǔ)上減去通過無線傳輸接收到的GPS位置誤差值，得到車輛定位結(jié)果。本發(fā)明將組合導(dǎo)航技術(shù)與車輛通信技術(shù)結(jié)合在一起，實現(xiàn)了“移動”差分GPS基準站，有效地提高了車輛導(dǎo)航定位精度。
文檔編號G01S19/49GK102778686SQ201210277899
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月7日
發(fā)明者徐元, 申沖, 陳熙源, 黃浩乾 申請人:東南大學(xué)