[發明專利]基于多傳感器數據融合的GPS輔助定位系統及其定位方法

無效

• 申請號: 201010210364.4
• 申請日: 2010-06-25
• 公開（公告）號: CN101907714A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 陶洋;黃宏程;萬俊;任步廷;魯貝貝
• 申請（專利權）人: 陶洋
• 主分類號: G01S19/10
• 分類號: G01S19/10;G01S19/47
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 謝殿武

技術領域

本發明涉及導航定位技術領域，具體涉及基于多傳感器數據融合的導航定位技術。

背景技術

現有的導航定位技術，多為單一的導航系統。

如最常用的GPS(Global?Positioning?System)系統，GPS系統是一種無線電導航系統，作為最早應用于導航定位系統的高新技術，有著在全球范圍內、在任意時刻、任意氣象條件下為用戶提供連續不斷的高精度三維位置、速度和時間信息的特點，導航精度高，不隨時間發散，即長期穩定性好。

但GPS定位依賴于接收機看到的衛星星座，所以在某些特定的環境下，GPS接收機丟失信號不能提供正確的服務，定位不精確限制了它的廣泛使用。

不精確定位的原因包括：①多路徑效應，即建筑物對GPS信號的反射；②陰影，即城市中高樓與高樓之間形成的“峽谷”內、濃密的植被下，信號接收效果較差；③在隧道、地下停車場造成的信號失鎖；④在接收信號差的地區延長了初始化時間；⑤一些動態影響，如汽車大幅度增速與減速等。以上原因都會使GPS接收機無法定位或定位精度下降，誤差甚至大于500米。

再如航位推算DR(Dead?Reckoning)系統，DR系統是用于發現車輛某時刻位置的一種系統，它是根據車輛某一已行駛過的位置的特定路線和行駛里程來推算的。行駛里程由磁性羅盤和差動里程表計算出的時間和速度決定。它采集車輛運動傳感器信息進行獨立連續的導航，它由測量航向的傳感器和測量距離的傳感器構成，與GPS相比，DR可以自主定位，不存在遮擋等問題引起的列車定位信息遺失。但DR系統的初始位置無法自主得到，并且航跡推算是一個累加的過程，不同時刻的測量誤差和計算誤差都會累積起來，隨著時間的推移，如果長時間單獨使用，航位推算的定位精度將有可能下降。因此，只能保證短時間的定位精度。

因此，單一的導航系統，均不能在各種復雜情形下滿足定位精度需求。

發明內容

有鑒于此，為了解決上述問題，本發明公開了基于多傳感器數據融合的GPS輔助定位系統，可提高定位精度。

本發明的目的是這樣實現的：基于多傳感器數據融合的GPS輔助定位系統，包括

GPS導航系統，由GPS模塊及其數據采集及處理模塊組成，用于獲取載體的GPS位置、速度、時間、衛星數和位置精度強弱度數據；

陀螺儀和加速度計組合系統，由陀螺儀、加速度計及其數據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；

數據處理及融合模塊，將GPS導航系統和陀螺儀和加速度計組合系統獲取的數據進行融合，獲得載體位置信息；以及

地圖匹配模塊，對數字電子地圖和數據處理及融合模塊輸出的載體位置信息的誤差進行校正，獲得載體的最終位置信息。

進一步，所述數據處理及融合模塊包括數據處理模塊和數據融合模塊，所述數據融合模塊為卡爾曼濾波器；

進一步，所述數據處理模塊包括數據校正模塊和航位推算模塊，所述數據校正模塊將陀螺儀、加速度計測得的數據轉換到與GPS導航系統統一的坐標系，所述航位推算模塊根據陀螺儀、加速度計測得的數據推算載體的位置信息；

進一步，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算初值。

本發明還提供可提高定位精度的基于多傳感器數據融合的GPS輔助定位方法，包括如下步驟：

1)通過GPS導航系統，獲取載體的位置、速度、時間、衛星數和位置精度強弱度數據；

2)通過陀螺儀和加速度計組合系統，獲取載體角速度、速度和加速度；

3)將步驟1、2)獲取的數據進行融合，獲得載體位置信息；

4)對步驟3)獲得的載體位置信息與數字電子地圖進行匹配，獲得載體的最終位置信息并輸出。

進一步，所述步驟3)具體包括如下步驟：

31)判斷衛星數是否大于閾值，若大于閾值，則輸出GPS定位信息到數據融合模塊，如否，則不輸出GPS定位信息到數據融合模塊；

32)根據步驟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，執行步驟34)；

34)對GPS導航系統獲取的定位信息與航位推算獲得的定位信息進行融合；

進一步，所述步驟34)是通過卡爾曼濾波器進行數據融合；

進一步，所述步驟34)具體包括如下步驟：