[發明專利]一種在GPS盲區內的電子地圖輔助慣性導航方法

無效

• 申請號: 200910073113.3
• 申請日: 2009-10-29
• 公開（公告）號: CN101696886A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發明（設計）人: 徐田來;崔平遠;崔祜濤;徐敏強
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01C21/30
• 分類號: G01C21/30
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發明涉及導航技術領域，具體涉及一種在GPS盲區內的電子地圖輔助慣性導航方法。

背景技術

捷聯慣性導航系統(SINS，Strapdown?Inertial?Navigation?System)，簡稱SINS，簡稱慣導，是一種完全自主的導航系統，它可以連續提供載體的位置、速度、方位和姿態等多種導航參數信息，能跟蹤載體的快速機動運動，短時間內穩定性好。但慣導的誤差隨時間而累積，不能單獨長時間工作，必須不斷加以校準。全球定位系統(GPS，Global?Positioning?System)，簡稱GPS，是當前應用最為廣泛的衛星導航定位系統，其定位和測速精度高，且長時間工作穩定性好，使用方便，成本低廉，目前車載導航系統應用最為廣泛的是由GPS和SINS構成的組合系統，該導航系統在提高導航精度的同時，還具有增加系統冗余度、增強系統動態能力、提高空間和時間覆蓋范圍的優勢。但是SINS/GPS組合導航系統長時間運行的精度仍然更多地依賴于GPS，它要求對衛星有直接的可見性才能發揮其正常功能。由于城區內地形特征復雜，當受密集的高大建筑物、涵洞、隧道、立交橋、樹木等地物的反射和遮蔽等影響，車載GPS接收機接收到的衛星信號質量會明顯地下降，甚至出現“丟星現象”，于是便會形成GPS定位盲區。由于SINS誤差隨時間積累且得不到校正，導致系統精度將會迅速降低。解決GPS盲區問題，一種非常有效的方法是采用地圖匹配技術，地圖匹配是一項確定車輛在地圖上位置的技術，其糾錯能力恰恰避免了定位技術無法克服的局限性。通過各種傳感器測量到車輛當前的有關位置信息后，再從電子地圖數據庫中獲取有關信息，然后通過匹配算法得到載體位置等的偏差信息，并對其進行實時修正，從而準確顯示車輛的位置，并對慣導參數進行實時修正。因此，用電子地圖來輔助SINS/GPS車載組合系統是一種比較理想的導航方式；電子地圖作為提高車載導航定位精度的輔助手段，地圖匹配算法的好壞直接影響到電子地圖輔助SINS/GPS的定位精度，尤其在GPS盲區，慣導系統誤差隨時間逐漸積累，電子地圖的輔助作用更為重要。目前的地圖匹配算法多是著眼于衛星信號狀況良好，定位精度很高的情況的應用，而在GPS盲區，傳統方法不易確定正確的行駛道路。因此，設計針對實際情況的地圖匹配算法，研究相應的電子地圖輔助慣性導航的方法，對于車載定位精度的提高有重要意義。

發明內容

本發明為了解決現有車載SINS/GPS組合導航系統所存在的在GPS失效區域系統精度低與可靠性差的問題，提出了一種在GPS盲區內的電子地圖輔助慣性導航方法。

本發明的步驟如下：

步驟一：根據捷聯慣性導航系統輸出的車輛位置信息和導航濾波誤差協方差信息，確定誤差區域范圍，并在所述誤差區域范圍內搜索獲得一條或多條候選路段；

步驟二：根據車輛位置信息判斷車輛是否處于路口轉彎狀態，否，則進入步驟三，是，則進入步驟四；

步驟三：采用基于匹配度加權遞推的地圖匹配方法，確定車輛最佳匹配位置，然后進入步驟五；

步驟四：采用基于相關系數的地圖匹配方法，確定車輛最佳匹配位置；

步驟五：將獲得的車輛最佳匹配位置與捷聯慣性導航系統輸出的位置之差作為觀測量，采用卡爾曼濾波方法估計獲得捷聯慣性導航系統的誤差，并根據獲得的誤差對捷聯慣性導航系統輸出的位置和速度進行校正，然后再由捷聯慣性導航系統向用戶輸出校正后的導航信息。

本發明可用于提高車載SINS/GPS組合導航系統的精度與可靠性，特別適用于車載SINS/GPS組合導航系統因GPS信號被遮擋等原因導致GPS暫時失效的情況。本發明與現有技術相比的優點在于：綜合運用基于匹配度加權遞推的地圖匹配方法和基于相關系數的地圖匹配方法，利用匹配度加權遞推方法速度快和相關系數方法匹配精度高的優點，在誤差區域較大的情況下仍可以快速準確的得到最佳匹配位置，并利用最佳匹配位置輔助捷聯慣性導航系統。該方法無需增加任何額外傳感器，僅增加電子地圖相應軟件模塊即可實現，所以該方法可以在不增加原有SINS/GPS系統硬件成本情況下，提高原有SINS/GPS組合導航系統在GPS無效時的定位精度，是一種簡單可行的方法。

附圖說明