专利名称：航位推算中初始方向的确定方法
技术领域：
本发明涉及导^^支术领域，尤指一种航位推算中初始方向的确定方法。
背景技术：
在导^iU支术领域，GPS (全球定位系统)是美国第二代无线电卫星导航定位系 统，它負^够全球性、全天候、实时地提糾航、定位和授时信息，但它要求可见卫 星数量至少iii'j 3颗才能正常定位。在高楼林立的城市道路、隧道或树木浓密等GPS 信号遮挡比较严重的地域，由于可见卫星数量太少，GPS将不能正常获得准确可靠 的位置数据。在这种情况下，通常将GPS与其他传感器(如贯导、电子罗盘等)进 ^iEL合，来消除这种影响。即，当GPS由于信号遮挡而不能可靠定位时，GPS/DR(航 位推算，Dead-Reckoning)系统自动切换到DR ^^方式来持续输出车辆在^—时刻 的位置信息，直至GPS十^1正常接》|1^,系统再回到GPS与DR的组合^M元方式。
DR是一种常用的，定位技术，其基本原理是利用方向传感器和i!A传感器 来推算车辆的瞬时位置，可以实现连续自主式定位。但由于期,算过程是一个累加 过程，方向传感器的误差随时间的延长而积累；另夕卜，推算只能确定相对位置和航 向。导航开始时，需要预知车辆的初始绝对位置和初始方向。DR技术所使用到的硬 lti殳备包括车速传感器和陀螺仪，其中车速传感器推算当前的运动距离，陀螺仪 推算当前的运动方向，两者的融^^得到当前车辆的准确位置。
车辆沿着待测道^^f亍驶，车载GPS/DR系统中的GPS设备实时接收GPS卫星信 号，并从中获取车辆位置、卫星接收状态等数据。在卫星接收状态良好时，将相邻 时刻的GPS定位点的连线方向作为车辆的行驶方向，当接收状态不好时，以此方向 作为航位推算的起始基准方向。也就是说，现有技术M用相邻时刻的GPS定位点 的连线方向作为艇位推算的初始方向。为了保证^/f立推算的初始方向的准确性，一 ^^选择一条比较开阔无遮挡的平直道路，且车辆能够以较高的# (如〉70km/h) 持续行驶一段时间。开阔的环境能确保GPS接收才/W妻^^较多的GPS卫星(如>6), 提供比较精确的定位信息，平直的道路则可以使初始方向不会有太大的变化，而较 高的车速可以让相邻的两个GPS定位点之间的距离加大，从而提高初始方向的准确性。
综上所述，现有技术航位导航中初始方向的确定方法存在下列缺陷
首先，由于在拥挤的城市道路上，车辆太多，车速"fi4较低，而且城市街道高
楼林立，遮挡比较"fi4,比较难以满足开阔条件的要求。
其次，规有技术^L^用相邻的两个GPS定位点连线方向作为航位推算初始方向， 由于两个GPS定位点的距离太短，例如，假定车速为100km/h，则两GPS定位点之间 的距离约为28m, GPS单点定位精度一般在5m以上，由》bit成的方向偏差可能必ij 20度，从而导致初始方向误差较大。随着时间的推移，航位推算的误差累积将越来 越大，其定位结果4艮快将不可用。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种准确性高的航位推算中初始方向的确定方法。 为了解决上述问题，本发明航位推算中初始方向的确定方法的技术方案包括 步骤1)选取有效的GPS定位点；
步骤2 )在有效的GPS定位点中选取两个GPS定位点之间的距离大于等于阈值 iU巨离偏差在容差范围内的两个GPS定位点以确定初始方向线段； 步骤3)根据所述初始方向线段计算出初始方向。 其中，所述步骤1)还进一步包括
步骤11)读取GPS定位点并判断其定位状态是否有效，若无效，重复纟似亍步 骤ll);
步骤12)判断所述GPS定位点是否是3D定卩封莫式，若不是，纟W亍步骤11); 步骤13)判断卫星it量是否大于等于阈值，若否，扭J亍步骤11); 步骤14)判断7K平坐标的精度强弱vl^否小于阈值，若否，执行步骤ll); 步骤15)所述GPS定位点为有效，重复才W亍步骤11)直至选取出若干有效的 GPS定位点。
与现有技^N目比，本发明航位推算中初始方向的确定方法的有益效果为 首先，由于选取不相邻的两个GPS点的方向作为初始方向，这两个不相邻的点
之间的距离可以远大于相邻两点之间的距离，从而可以削弱由于GPS定位点的定位
误差造成的初始方向误差，准确性高。
其次，由于作为计算初始方向的两个GPS定位点可以不是相邻的两个GPS定
4位点，消除了必须依靠相邻的两GPS定位点来确定初始方向的限制。
向，从而降低了 GPS定位点数据有效的判断标准。
图1是本发明航位推算中初始方向的确定方法的法L^呈图； 图2是图1中的步骤1)的进一步细分的^d呈图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明航/f立推算中初始方向的确定方法包括 步骤1)选取有效的GPS定位点；
步骤2 )在有效的GPS定位点中选取两个GPS定位点之间的距离大于等于阈值 JJ巨离偏差在容差范围内的两个GPS定位点以确定初始方向线—度； 步骤3)根据所述初始方向线段计算出初始方向。
由上述可知，本发明M选取有效的GPS定位点，也就是说只有满足一定^^牛 的GPS定位点才有可能作为判断初始方向的勤出。这样可以进一步地J呆证结果的准 确性。
其中，如图2所示，所述步骤l)还进一步包括
步骤11)读取GPS定位点并判断其定位状态是否有效，若无效，重复执行步 骤ll);
步骤12)判断所述GPS定位点是否是3D定4封莫式，若不是，4似于步骤11);
步骤13)判断卫星数量是否大于等于阈值，若否，执行步骤ll);
步骤14)判断HDOP (水平(即二维)坐标的精度强弱度，Horizontal Dilution ofPrecision)是否小于阈值，若否，执行步骤ll);
步骤15)所述GPS定位点为有效，重复执行步骤11)直至选取出若干有效的 GPS定位点。
由上述可知，作为有效的GPS定位点的条件A^位状态有效、3D定位模式、 卫星数量和HDOP的值，所述HDOP的值指纬度和经度等误差平方和的开根号值。 只有这四个条件都满足的GPS定位点才被视为有效的GPS定位点。
一般情况下，卫星数量的阈值设为5， HDOP的阈值设为4。有效GPS定位点
5的判断力fd呈如下接4tJiJGPS数据后，先判断该条数悟的有效性，如果无效，则该 GPS定位点无效，接着读取下一个GPS定位点并判断；若有效，则判断GPS定位 模式，如果不为3D模式，则接着读取下一个GPS定位点并判断；若符合^f牛，则 判断卫星凄tA否符合条件，如卫星数<5，则该GPS定位点无效，4妻着读取下一个 GPS定位点并判断；若符合^^牛，判断HDOP是否小于4，若不符合^^牛，GPS定 位点无效，接着读耳又下一个GPS定位点并判断，若符合^^牛，该GPS定位点被视 为有效GPS定位点。
在确定初始方向线段的时候，以两个GPS定位点组成的线段的方向作为初始方 向，本发明航位推算中初始方向的确定方法选取的这两个GPS定位点应满足如下条 件
1) 两个GPS定位点有效
2) 两GPS定位点之间的距离要大于阈值，例如〉50m
3 )由这两个GPS定位点的GPS坐标计算出的距离与由里程计测量出的这两个 GPS定位点之间的距离偏差在容差范围内，例如〈lm
螺仪角度输出值在容差范围内(如-0.1度 0.1度)
当这两个GPS定位点确g，就可以计算初始方向了， "i殳这两个GPS定位点 的坐标分别为(xl,yl), (x2,y2),即可根据公式angle=arctan((yl-y2)/(xl-x2》(先计算 两点在坐标系y轴上的坐标差(yl-y2)，然后计算两点在坐标系x轴上的坐标差 (xl-x2)，再计算y轴坐标差与x轴坐标差之商(yl-y2)/(x1-x2)，(如果xl-x2^,即两 点与y轴平行，如果yKy2，则初始方向90度，否则为270度)，最后对商求反正 切arctan，即可求得初始方向与x轴的夹角)来求出初始方向。
假设GPS/DR系统在第i时刻输出的数据依次为x(i), y(i), angle(i), dist(i), valide(i), mode(i), star(i)， hdop(i)
其中x(i): GPS定位点正北向坐标(招:影到高斯平面上的坐标) y(i): GPS定位点正东向坐标(投影到高斯平面上的坐标) angle(i):陀螺4义输出的角度 dist(i):里程计输出的行马妙巨离 valide(i): GPS输出的数据有效性 mode(i): GPS定位模式
6star(i):接收到的卫星数 hdop(i): GPS定位点的hdop值
1、 如果>=2，首先判断第i点是否有效，即valide(i)的定位状态是否有效、mode(i) 是否为3D模式，star(i)是否〉二5,hdop(i)是否〈4,只有以上^^牛全部满足，该定位点 才有效，否则无效。如果该点无效，则等待GPS/DR系统输出第i+l点，然后重复 以上判断；
2、 如果第i点有效，则回溯遍历i-l点，如果其有效，且i-l、 i两点之间的距 离dist(i)大于容差(如50m)，这两点由GPS坐标计算出的3巨离为 distGPS=sqi<(x(i》x(i-1)"2+(y(i)-y(i-lXT2),如果abs(distgps-dist(i))〈l(由GPS坐标点 计算出来的距离和由里程计测量出的距离之差的绝对值)，且abs(angle(i-l))O.l, abs(angle(i-l)+angle(i))<l,则i、 i-l两点组成的线段方向可作为初始方向。
3、 如果不满足以上条件，则继续遍历i-2点直至第1个点，如果还是不满足以 上条件，则等待GPS/DR系统输出第i+l个点，直至找到符合作为初始方向线段的 两个GPS定位点
4、 当确定可以用来计算初始方向的两个GPS定位点后(设坐标分别为 (xl,yl),(x2，y2)),
则初始方向为angle = arctn ((yl-y2)/(xl， x2》
综上所述，本发明航位推算中初始方向的确定方法具有下列优点
首先，由于选取不相邻的两个GPS点的方向作为初始方向，这两个不相邻的点
之间的距离可以远大于相邻两点之间的距离，从而可以削弱由于GPS定位点的定位
误差造成的初始方向误差，准确性高。
位点，消除了必须依靠相邻的两GPS定位点来确定初始方向的限制。 向，从而降低了 GPS定位点数据有效的判断标准。
权利要求
1、一种航位推算中初始方向的确定方法，其特征在于，包括步骤1)选取有效的GPS定位点；步骤2)在有效的GPS定位点中选取两个GPS定位点之间的距离大于等于阈值且距离偏差在容差范围内的两个GPS定位点以确定初始方向线段；步骤3)根据所述初始方向线段计算出初始方向。
2、 如权利要求1所述的航位推算中初始方向的确定方法，其特征在于，所述 步骤l)还进一步包括步骤11)读取GPS定位点并判断其定位状态是否有效，若无效，重复4W亍步 骤ll);步骤12)判断所述GPS定位点是否是3D定^Mt式，若不是，^L^亍步骤11); 步骤13)判断卫星数量是否大于等于阈值，若否，执行步骤ll); 步骤14)判断水平坐标的精度强弱AA否小于阈值，若否，执行步骤ll); 步骤15 )所述GPS定位点为有效，重复4力f亍步骤11)直至选耳又出若干有效的 GPS定位点。
全文摘要
本发明公开一种航位推算中初始方向的确定方法，包括选取有效的GPS定位点；在有效的GPS定位点中选取两个GPS定位点之间的距离大于等于阈值且距离偏差在容差范围内的两个GPS定位点以确定初始方向线段；根据所述初始方向线段计算出初始方向。采用本发明航位推算中初始方向的确定方法的技术方案能够使得初始方向的确定更准确。
文档编号G01C21/26GK101464155SQ20071016102
公开日2009年6月24日 申请日期2007年12月19日 优先权日2007年12月19日
发明者杨自华 申请人:高德软件有限公司