[發明專利]一種城市峽谷環境下激光里程計輔助的快速優化選星方法有效

申請號：	202110099311.8	申請日：	2021-01-25
公開（公告）號：	CN112904382B	公開（公告）日：	2022-05-13
發明（設計）人：	李旭;胡悅;徐啟敏	申請（專利權）人：	東南大學
主分類號：	G01S19/28	分類號：	G01S19/28;G01S19/48;G01S17/50;G01S17/06;G01S17/86
代理公司：	南京眾聯專利代理有限公司 32206	代理人：	張天哲
地址：	210096 ***	國省代碼：	江蘇;32
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種城市峽谷環境激光里程計輔助快速優化方法
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【權利要求書】：

1.一種城市峽谷環境下激光里程計輔助的快速優化選星方法，其特征在于，在城市峽谷環境下，根據激光里程計確定智能車的先驗絕對位置，進而計算準確的衛星高度角和方位角，結合優化選星算法，并根據選星結果選用不同定位策略，實現智能車在城市峽谷環境下準確可靠的定位，所述方法包括以下步驟：

步驟一：利用雷達里程計推算智能車先驗絕對位置

記k-1時刻在地心大地坐標下對智能車的緯度、經度和高度定位結果為通過下式將其轉換至地心空間直角坐標系下為(x_k-1,y_k-1,z_k-1)：

上式中，e為地球橢球偏心率，N為地球基準橢球體曲率半徑，記k時刻通過激光里程計方法在地心空間直角坐標系下得到的智能車位置增量為(Δx_k,Δy_k,Δz_k)，由此得到k時刻智能車在地心空間直角坐標系下的位置(x_k,y_k,z_k)：

再將智能車的位置由地心空間直角坐標系轉向地心大地坐標系：

式中，分別表示k時刻的智能車先驗經度、緯度和高度，由此得到智能車的先驗絕對位置信息；

步驟二：通過車載GNSS接收機接收衛星星歷數據，得到各衛星位置坐標

通過衛星星歷，獲取k時刻各衛星的坐標信息，記為其中，k表示當前時刻，n表示第n顆衛星；

步驟三：基于準確的車輛先驗位置信息，精確計算衛星的高度角與方位角

衛星的高度角和方位角需要通過智能車和衛星之間的數學關系算出，具體公式如下：

式中，表示k時刻第n顆衛星的高度角，表示k時刻第n顆衛星的方位角，r為地球半徑，R為衛星軌道半徑；

步驟四：快速優化選星

子步驟一：依據信噪比進行篩選

首先剔除信噪比小于30db/Hz的衛星；

子步驟二：計算自適應截止高度角

計算城市峽谷環境下衛星的自適應截止高度角：

其中，表示k時刻的截止高度角，n為衛星序列，當衛星的高度角大于截止高度角時為視距衛星，H為兩側建筑物的高度，d為智能車到右側建筑物的距離，由于d越小，角度越大，而智能車到右側建筑物的距離肯定小于左側建筑物的距離，因此，只計算右側的截止高度角，設定城市峽谷周圍大樓的平均高度為100m；取智能車距道路邊緣平均距離為一個半車道的寬度，即5.25m，同時，計算該時刻平均截止高度角

記每幀時間間隔為Δk，若連續5*Δk個時刻出現三分之二的衛星高度角都大于平均截止高度角的情況，則修改建筑物平均高度與智能車到右側建筑物的平均距離為：

若連續5*Δk個時刻出現三分之二的衛星高度角都小于平均截止高度角的情況，則修改建筑物平均高度與智能車到右側建筑物的平均距離為：

計算下一時刻的截止高度角時，將使用修改后的參數進行，實現截止高度角的自適應變化；

子步驟三：剔除高度角小于自適應截止高度角的衛星

根據計算得到的衛星高度角，剔除其中小于自適應截止高度角的衛星；

子步驟四：依據剩余衛星個數模糊選星

借鑒模糊選星思想并進行優化，對剩余衛星進行選星：

(1)若剩余衛星數目小于等于五顆，則全部選中；

(2)若剩余衛星數目大于五顆，則先選中高度角最大、第二大和最小的三顆衛星，記剩余衛星個數為m，對剩余衛星按方位角從小到大進行排序，記為對應的高度角為計算剩余衛星方位角平均值對方位角處于和之間的q顆衛星構造模糊向量：

構造兩者間的模糊關系：

Z＝[Z₁^T Z₂^T]^T (10)

改進的自適應權重：