一种里程计结合双天线差分GNSS的组合导航方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107132563A(43)申请公布日2017.09.05(21)申请号201710556025.3(22)申请日2017.07.10(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人王美玲于华超冯国强杨毅刘彤(74)专利代理机构北京理工大学专利中心11120代理人李爱英郭德忠(51)Int.Cl.G01S19/45(2010.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种里程计结合双天线差分GNSS的组合导航方法(57)摘要本发明公开了一种里程计结合双天线差分GNSS的组合导航方法，能够利用车辆前轮转向角度以及里程计输出的速度，结合双天线差分GNSS的位置与航向进行组合导航，适用于无人驾驶车辆的低成本组合定位，可以满足无人驾驶车辆在城市环境无人驾驶时对车道线定位精度的要求。与传统的采用卡尔曼滤波融合IMU与GNSS数据不同，本发明采用位置方差与航向方差估计当前位置与航向的可信度，并预测下一时刻的位置与航向，不需要建立车辆自身的动力学模型，相比卡尔曼滤波需要精确的数学建模及反复调试测量方差矩阵和系统方差矩阵，本发明所述方法更为简单、效率更高。CN107132563ACN107132563A权利要求书1/2页1.一种里程计结合双天线差分GNSS的组合导航方法，其特征在于，实时判断GNSS输出的位置是否满足精度要求，若满足，则使用GNSS输出的位置更新车辆当前位置；否则，利用车辆当前位置预测值作为车辆当前位置；其中，车辆当前位置预测值由车辆上一时刻位置以及上一时刻与当前时刻的位置变化量求和获得；其中上一时刻与当前时刻的位置变化量由车辆上一时刻航向、上一时刻与当前时刻的时间间隔以及里程计输出的车辆上一时刻速度决定；其中车辆航向为：若GNSS输出的航向满足精度要求，则GNSS输出的航向作为车辆航向，否则以车辆上一时刻航向与上一时刻与当前时刻的航向变化量之和作为车辆航向；其中上一时刻与当前时刻的航向变化量由上一时刻车辆偏航角速度以及上一时刻与当前时刻的时间间隔决定；其中，车辆偏航角速度由车辆前后轮轴距、车轮偏转角以及里程计输出的车辆速度决定；基于车辆当前位置、车辆当前航向、里程计的当前速度以及当前时刻与下一时刻的时间间隔，预测下一时刻车辆位置；并将车辆导航到预测的车辆下一时刻位置，重复上述过程，实现车辆实时导航。2.如权利要求1所述的一种里程计结合双天线差分GNSS的组合导航方法，其特征在于，判断GNSS位置是否满足精度要求的方式为：当GNSS接收机输出的水平方向位置误差不大于水平方向位置误差设定值，且主天线解算的定位状态有效时，GNSS位置满足精度要求，否则GNSS位置不满足精度要求；判断GNSS航向是否满足精度要求的方式为：当GNSS速度与速度方差之比小于设定比值a，且GNSS输出的航向偏差小于航向偏差设定值，双天线解算的定位状态有效时，认为双天线GNSS航向满足精度要求，并使用双天线航向更新当前航向；当GNSS速度与速度方差之比大于或等于a，并且主天线解算的定位状态有效时，认为主天线GNSS航向满足精度要求，并使用主天线航向更新当前航向；当双天线GNSS航向和主天线GNSS输出航向均不满足上述要求时，则认为GNSS航向不满足精度要求。3.如权利要求1所述的一种里程计结合双天线差分GNSS的组合导航方法，其特征在于，当GNSS位置满足精度要求时，使用GNSS位置更新车辆位置，对于更新后的车辆位置利用车辆宽度对其进行补偿：其中为更新后的车辆位置在WGS-84大地坐标系下的Gauss-Kruger投影，X，Y为实际车辆位置在WGS-84大地坐标系下的高斯克吕格投影，W为车辆宽度，为车辆实时航向。4.如权利要求1或2或3所述的一种里程计结合双天线差分GNSS的组合导航方法，其特征在于，GNSS位置满足精度要求时，使用当前GNSS位置更新车辆位置，车辆位置更新公式为：2CN107132563A权利要求书2/2页其中为更新后的车辆位置，为车辆位置的历史值，为当前GNSS接收机输出的车辆位置，σ为GNSS接收机输出的水平位置方差，α为滤波常数。5.如权利要求2所述的一种里程计结合双天线差分GNSS的组合导航方法，其特征在于，GNSS航向满足精度要求时，使用当前GNSS航向更新车辆航向，航向更新公式为：其中为更新后的车辆航向，为航向的历史值，为当前GNSS接收机输出的航向，β为滤波常数，当主天线解算时，ω取接收机输出的位置方差σ，当双天线解算时，ω取航向方差。6.如权利要求5所述的一种里程计结合双天线差分GNSS的组合导航方法，其特征在于，当绝对值大于180°时，将加或者减360°使得转换到与相近的区间内，然后再带入航向更新