[发明专利]一种组合式车辆位置测量方法

说明书

技术领域

本申请涉及一种车辆的动态位置测量方法，涉及惯性导航、卫星导航及移动测量领域。本申请所述的方法可广泛应用于各种不同车辆的高精度、高动态、实时位置测量。

背景技术

车辆的位置测量是车辆导航、道路测绘、电子交通等应用领域必须解决的关键性技术问题。当前最常用的位置测量手段是GPS定位系统，如车载导航仪等，但单纯依靠GPS系统进行位置测量往往存在如下问题：(1)GPS信号易被遮挡出现中断：在桥梁、隧道、树木、城市峡谷等环境中，GPS无法提供连续及准确的位置信息。(2)GPS信号易受到多路径干扰而出现定位错误的情况，此时GPS给出的位置将出现较大的误差。目前市场上常用的车载导航系统往往采用地图上的道路信息作为约束条件来消除GPS定位错误的情况，但当车辆在野外无地图数据库辅助的环境中，GPS定位系统无法避免受干扰出现定位错误的情况。

为了解决GPS受干扰的问题，目前最通用的解决方案是把GPS输出与惯性导航系统组合，为车辆提供连续的位置测量信息，可以解决GPS定位错误出现跳数的情况，也可解决GPS短时中断出现位置不联系的问题。但惯性/GPS位置测量系统同样存在一个不可避免的问题：当GPS长时间无效时，惯导系统的位置误差将随时间迅速增大，尤其是选用低成本MEMS惯性导航系统，如果GPS信号丢失10秒以上，惯导系统的位置误差将会超过10m，无法满足高精度位置测量的要求。

为了克服上述问题，目前已有一些单位开始使用惯导、GPS、里程计组合式位置测量方案，但据文献报道，目前采用的都是将惯导、GPS、里程计的信息融入到一个滤波器中进行深度组合的方案，这种方案往往对里程计的分辨率有较高的要求，在里程计分别率较低的情况下，系统组合后输出的位置误差较大，此外，这种用一个滤波器将三个传感器信息进行深度融合的算法较为复杂，实现难度较大，当里程计分辨率发生改变或者当惯导、GPS的误差特性发生改变时，必须对滤波器的参数进行精心的调整才能确保输出位置的精度，若滤波器的参数不进行相应的调整，则系统输出的位置精度将大大下降。总之，目前已有的惯导、GPS、里程计组合算法虽可以解决高精度、连续的位置测量的难题，但不可避免地存在算法复杂，对器件要求较高，对不同器件的适应性较差等弱点，大范围推广使用存在一定的难度。

发明内容

针对上述技术背景，本申请提出一种简单、可靠且具有较强适应性的惯导、GPS、里程计组合式位置测量算法，该方法将分别通过惯性/GPS组合导航算法和里程计航位推算算法独立计算载体的位置信息，再通过设计简单的输出校正滤波器将2个不同算法计算得到的位置信息进行融合，最终给出高精度的车辆位置信息。该算法所述的输出校正滤波器并不改变惯性/GPS组合导航算法和里程计航位推算算法的参数，且滤波器的设计及参数的选择不依赖于惯性器件、GPS及里程计的误差特性。相比传统的单滤波器深度组合算法，本方法具有较强的环境适应性、对GPS，惯导，里程计的输出特性及误差模型不敏感、可靠性高、输出精度高、易于实现等优点，其具体的实现步骤如下：

第一步：利用目前已公开且通用的惯性/GPS组合导航算法将GPS与惯导系统组合，并输出组合后系统的航向角俯仰角θ_b、横滚角γ_b、经度λ_b、纬度L_b。

第二步：利用里程计的脉冲信息以及步骤一得到的姿态角信息进行航位推算，计算载体的位置信息，其计算公式如下：

式1

式1中，表示当前时刻通过里程计航位推算算法解算得到的载体的经度、纬度值；λ^k-1，L^k-1表示通过本申请所述方法解算得到的上一时刻的载体的经度、纬度值；N_k，N_k-1分别表示当前时刻及上一时刻里程计的脉冲计数值；k_lcj表示里程计的刻度系数，即1个脉冲量代表的里程数；分别为步骤一解算得到的当前时刻载体的俯仰角、方位角及纬度值。

第三步：将惯性/GPS组合导航系统输出的当前时刻车辆的位置信息与里程计航位推算算法输出的车辆的位置信息进行融合滤波，计算得到载体的最终的位置输出值，其计算公式为：