[發(fā)明專利]基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的GPS輔助定位系統(tǒng)及其定位方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010210364.4
• 申請(qǐng)日: 2010-06-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101907714A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶洋;黃宏程;萬(wàn)俊;任步廷;魯貝貝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陶洋
• 主分類號(hào): G01S19/10
• 分類號(hào): G01S19/10;G01S19/47
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 謝殿武

1.基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的GPS輔助定位系統(tǒng)，其特征在于：包括

GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，由GPS模塊及其數(shù)據(jù)采集及處理模塊組成，用于獲取載體的GPS位置、速度、時(shí)間、衛(wèi)星數(shù)和位置精度強(qiáng)弱度數(shù)據(jù)；

陀螺儀和加速度計(jì)組合系統(tǒng)，由陀螺儀、加速度計(jì)及其數(shù)據(jù)采集及處理模塊組成，用于獲取載體的角速度、速度和加速度；

數(shù)據(jù)處理及融合模塊，將GPS導(dǎo)航系統(tǒng)和陀螺儀和加速度計(jì)組合系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，獲得載體位置信息；以及

地圖匹配模塊，對(duì)數(shù)字電子地圖和數(shù)據(jù)處理及融合模塊輸出的載體位置信息的誤差進(jìn)行校正，獲得載體的最終位置信息。

2.如權(quán)利要求1所述的基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的GPS輔助定位系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)處理及融合模塊包括數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)融合模塊，所述數(shù)據(jù)融合模塊為卡爾曼濾波器。

3.如權(quán)利要求2所述的基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的GPS輔助定位系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)處理模塊包括數(shù)據(jù)校正模塊和航位推算模塊，所述數(shù)據(jù)校正模塊將陀螺儀、加速度計(jì)測(cè)得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)統(tǒng)一的坐標(biāo)系，所述航位推算模塊根據(jù)陀螺儀、加速度計(jì)測(cè)得的數(shù)據(jù)推算載體的位置信息。

4.如權(quán)利要求3所述的基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的GPS輔助定位系統(tǒng)，其特征在于：所述地圖匹配模塊將最終位置信息反饋回航位推算模塊，作為航位推算模塊的計(jì)算初值。

5.基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的GPS輔助定位方法，其特征在于：包括如下步驟：

1)通過(guò)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，獲取載體的位置、速度、時(shí)間、衛(wèi)星數(shù)和位置精度強(qiáng)弱度數(shù)據(jù)；

2)通過(guò)陀螺儀和加速度計(jì)組合系統(tǒng)，獲取載體角速度、速度和加速度；

3)將步驟1、2)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，獲得載體位置信息；

4)對(duì)步驟3)獲得的載體位置信息與數(shù)字電子地圖進(jìn)行匹配，獲得載體的最終位置信息并輸出。

6.如權(quán)利要求5所述的基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的GPS輔助定位方法，其特征在于：所述步驟3)具體包括如下步驟：

31)判斷衛(wèi)星數(shù)是否大于閾值，若大于閾值，則輸出GPS定位信息到數(shù)據(jù)融合模塊，如否，則不輸出GPS定位信息到數(shù)據(jù)融合模塊；

32)根據(jù)步驟2)獲取的載體角速度、速度和加速度及地圖匹配模塊反饋載體最終位置信息進(jìn)行航位推算；

33)判斷載體速度是否為0，如是，則以航位推算獲得的定位信息為載體位置信息，如否，執(zhí)行步驟34)；

34)對(duì)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)獲取的定位信息與航位推算獲得的定位信息進(jìn)行融合。

7.如權(quán)利要求6所述的基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的GPS輔助定位方法，其特征在于：所述步驟34)是通過(guò)卡爾曼濾波器進(jìn)行數(shù)據(jù)融合。

8.如權(quán)利要求7所述的基于多傳感器數(shù)據(jù)融合的GPS輔助定位方法，其特征在于：所述步驟34)具體包括如下步驟：

341)從GPS定位信息中提取位置(x_g，y_g)，速度v_g，方向θ_g，位置精度強(qiáng)弱度，從導(dǎo)航推算模塊提取推算位置(x_d，y_d)、速度v_d、方向θ_d；

342)根據(jù)位置精度強(qiáng)弱度自適應(yīng)調(diào)整信息分配因子：

β₂＝1-β₁；

β1=0.99PDOP≤11/PDOP1<PDOP<41/4PDOP4≤PDOP;]]>

上式中，β₁和β₂分別為GPS定位信息與導(dǎo)航推算獲得的定位信息的信息分配因子，PDOP為位置精度強(qiáng)弱度；

343)根據(jù)信息分配因子自來(lái)分配權(quán)重：

x₁＝β₁·x_g+β₂·x_d

y₁＝β₁·y_g+β₂·y_d；

344)通過(guò)推測(cè)算法來(lái)得到位置信息：

x₂＝x₀+(β₁·v_g+β₂v_d)·cos(β₁·θ_g+β₂·θ_d)

y₂＝y(tǒng)₀+(β₁·v_g+β₂v_d)·sin(β₁·θ_g+β₂·θ_d)；

上式中x₀，y₀為前一個(gè)時(shí)刻的位置信息；

345)處理x₁，x₂，y₁，y₂的分配因子的權(quán)重：

vt=(x02-x01)2+(y02-y01)2T;]]>

a2=vt-(β1·vg+β2·vd)vt;]]>

α₁＝1-α₂；

v_t是通過(guò)前兩個(gè)時(shí)刻位置信息推算出來(lái)載體速度，x₀₁，y₀₁和x₀₂，y₀₂分別為前兩個(gè)時(shí)刻位置的位置信息，α₁是x₁，y₁的權(quán)重，α₂是x₂，y₂的權(quán)重；

346)通過(guò)下式獲得載體位置信息：

x＝α₁·x₁+α₂·x₂

y＝α₁·y₁+α₂·y₂。