Gnss盲区中基于vanet车辆间协作的惯性导航定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及GNSS盲区车辆自组织网络VANET中的车辆协作定位技术、车辆之间的 V2V通信、惯性导航系统INS技术，特别涉及一种基于车辆之间协作的INS导航定位方法。
【背景技术】
[0002] 目前，车辆定位技术有很多，其中，全球卫星导航系统（GNSS，GlobalNavigation SatelliteSystems)是使用最多的定位系统，也被认为是为智能交通系统应用提供位置信 息服务的关键技术，许多应用系统都采用GNSS技术来提供高精度的位置信息。导航以及基 于位置的信息服务，特别是车辆安全和紧急避险等都需要精确的位置信息作为前提，在很 大程度上依赖车辆位置信息。GNSS技术目前可以提供10米左右精度的位置信息，无法满足 车辆安全在内的高精度定位要求，再加上在城市密集区或隧道等区域，GNSS信号被遮挡，无 法获取车辆位置信息，这也是车辆安全应用面临的挑战。
[0003] 为了弥补GNSS盲区定位的不足，常使用惯性导航INS定位技术，INS虽然具备不 依赖外界信号，同时不受外界信号的干扰，稳定性较高，重量轻、体积小易于维护，短时间内 定位精度高的优点，但是INS单独定位时存在误差随时间积累的特点，较长时间的定位中， 由于误差积累造成定位精度的严重下降，因此不适合长时间的单独的车辆定位。将INS与 GNSS技术进行组合定位，可以实现彼此的优势互补，有效地解决GNSS盲区的定位问题，从 而实现较好的车辆定位及导航等应用。因此，近年来INS与GNSS的组合定位成为了导航定 位的研宄热点。GNSS技术、INS技术的单独定位，或两者结合的组合定位，都属于单节点的 独立定位，定位精度难以满足车辆安全在内的现代ITS应用的可行性要求。高精度的数字 地图可以用来修正GNSS或INS技术的定位误差，从而提高定位精度，但是数字地图技术不 能单独用来定位。
[0004] 为了应对单节点定位精度不高以及适用性和定位精度受限带来的挑战，基于车与 车，车与基础设施，车与人等相互通信的现代协作定位技术应运而生。现代协作定位技术是 在车载自组网下的车辆间相互合作的定位技术，该技术通过车与车、车与路边设施等通信， 获取邻近参考点的位置速度等信息，再将接收到的数据与本地数据根据融合算法进行融合 处理，然后充分利用多源数据的优势，协调相互作用的结果，获取更加准确的数据信息，进 而在GNSS信号覆盖盲区实现定位，在GNSS信号较强地区实现增强GNSS定位的目的。
[0005] 现有的技术方案一
[0006] 惯性导航INS定位技术，通过在车载上安装惯性测量单元（即：MU)，如陀螺仪与 加速度计等敏感系统的导航参数解算系统，提供车辆运动情况下的加速度和方位角信息， 再通过航位推算得到目标车辆的位置与速度信息。INS虽然具备不依赖外界信号，同时不受 外界信号的干扰，稳定性较高，重量轻、体积小易于维护，短时间内定位精度高的优点。GNSS 技术进行组合定位，可以实现彼此的优势互补，有效地解决GNSS盲区的定位问题，从而实 现较好的车辆定位及导航等应用。但是，INS虽然具备不依赖外界信号，同时不受外界信号 的干扰，稳定性较高，重量轻、体积小易于维护，短时间内定位精度高的优点，但是INS单独 定位时存在误差随时间积累的特点，较长时间的定位中，由于误差积累造成定位精度的严 重下降，因此不适合长时间的单独的车辆定位。
[0007] 现有的技术方案二
[0008] 组合导航是两种或两种以上的导航技术的组合，组合导航一般有互补功能，即组 合后的导航功能虽然与各分系统的导航功能相同，但是合理的利用了分系统的特点，从而 扩大了适用范围和导航精度，并且有余度功能，增加了系统的可靠性。目前应用较多的是 INS/GNSS组合的定位技术，先利用GNSS的数据作为基数据，在其基础上利用INS技术实现 盲区的定位，对于GNSS信号盲区短时间的定位来说，可以为其提供很好的信息补充。但是， 组合定位技术仍然需要INS在盲区中的自主定位，长时间定位时定位误差积累问题仍然无 法消除；而且无论是GNSS技术、INS技术以，或两者结合的组合定位，都属于单节点的独立 定位，定位精度难以满足车辆安全在内的现代ITS应用的可行性要求。而本发明能够很好 地解决上面的问题。
【发明内容】
[0009] 本发明目的在于提供了一种GNSS盲区中基于VANET车辆间协作的惯性导航定位 方法，该方法在GNSS盲区使用惯性导航定位技术进行单独定位的基础上，引入协作定位的 理念，解决GNSS盲区中单独使用惯性导航INS进行定位时定位误差随时间积累造成的定位 性能较差问题，它包括以下步骤：首先，车辆之间通过DSRC进行通信，共享车辆自身的INS 位置信息、里程仪的速度信息，ID等；其次，各车辆根据接收到的邻近车辆的速度信息等检 测车辆与邻近车辆"相遇"时刻；再次，根据相遇时刻得到车辆相遇时的距离；然后，利用航 位推算将本地的INS位置信息和车辆之间的距离，得到车辆的绝对位置；最后，再使用数字 地图技术修正最终的位置信息。本发明的有益效果是：在发挥INS定位技术补充GNSS信号 盲区的位置和速度信息的优势的同时，根据车辆间通信带来的多源数据优势，减小INS随 时间积累的测量误差，再利用数字地图技术进一步修正测量误差，从而获得高精度的盲区 车辆绝对位置信息。
[0010] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种GNSS盲区中基于VANET车辆间 协作的惯性导航定位方法，该方法包括如下步骤：
[0011] 步骤1:车辆通过广播发送各自的位置速度消息，邻近车辆接收周围车辆发送的 消息并存储至本地空间。
[0012] 步骤2 :各车辆根据观测到的邻近车辆信号的多普勒频移以及邻近车辆广播消息 中包含的速度等信息，利用匹配滤波器时间检测方法得到峰值输出时刻，根据峰值输出时 刻得到车辆与邻近车辆的"相遇"时刻，由"相遇"时刻得到车辆相遇时的距离。
[0013] 步骤3 :利用航位推算数据融合处理车辆本地的INS位置信息和车辆之间的距离， 得到车辆的绝对位置。
[0014] 步骤4 :使用数字地图技术修正得到最终的位置信息。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明的方法流程图。
[0016] 图2为本发明GNSS盲区车辆间协作惯性导航定位。
[0017] 有益效果：
[0018] 1、本发明在GNSS盲区中，可以使用INS/GNSS组合的方式实现盲区的定位，但是组 合定位技术仍然是单一目标车辆的定位，定位性能仍然不足，VANET下的协作定位技术是多 目标车辆相互协作的定位技术，可以提高定位的精度。
[0019] 2、本发明在协作定位技术中，暂时还未出现INS的协作定位，本发明发挥INS定位 技术补充GNSS信号盲区的位置和速度信息的优势的同时，利用基于车辆间协作带来的多 源数据，减小INS的积累误差，改善INS单独定位的性能。
[0020] 3、本发明在协作减小INS积累误差的基础上，再利用数字地图技术进一步修正测 量误差，从而获得高精度的盲区车辆绝对位置信息。
[0021] 4、本发明在发挥INS定位技术补充GNSS信号盲区的位置和速度信息的优势的同 时，根据车辆间通信带来的多源数据优势，减小INS随时间积累的测量误差，再利用数字地 图技术进一步修正测量误差，从而获得高精度的盲区车辆绝对位置信息。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。
[0023] 如图1所示，一种GNSS盲区中基于VANET车辆间协作的惯性导航定位方法，该方 法包括如下步骤：
[0024] 步骤1 :车辆通过广播发送各自的位置速度消息，邻近车辆接收周围车辆发送的 消息并存储至本地空间。
[0025] 步骤2:各车辆根据观测到的邻近车辆信号的多普勒频移以及邻近车辆广播消息 中包含的速度等信息，利用匹配滤波器时间检测方法得到峰值输出时刻，根据峰值输出时 刻得到车辆与邻近车辆的"相遇"时刻，由"相遇"时刻得到车辆相遇时的距离。
[0026] 步骤3 :利用航位推算数据融合处理车辆本地的INS位置信息和车辆之间的距离， 得到车辆的绝对位置。
[0027] 步骤4 :使用数字地图技术修正得到最终的位置信息。
[0028] 本发明在隧道或城市密集区，GNSS信号被阻挡，定位性能大大降低，这种情况下常 使用惯性导航INS进行绝对定位。传统的车辆定位中已有大量的INS应用实例，但是INS定 位误差具有随时间积累的特性，比较经典的误差累积是时间超过30秒时，误差超过50米， 而且在VANET下车辆协作定位中仍未出现INS的应用。由于协作定位需要两个以上的独立 部分进行通信，共享彼此的位置信息，所以GNSS盲区中广泛使用INS/GNSS组合定位技术不 能看作协作定位技术。本发明关注VANET下的V2V基础上的INS定位技术，利用INS的定 位优势，提出一种新的协作定位技术，实现GNSS盲区的车辆绝对定位。如图2所示处于盲 区中的车辆可以通过V2V通信接收周围车辆广播的位置速度信息；并通过观测周围车辆广 播信号的多普勒频移结合广播信号中包含的位置速度信息确定当前车辆与邻近车辆的"相 遇"时刻；继而根据此"相遇"时刻得到本车与邻近车辆的相对距离，使用航位推算数据融合 处理得到车辆的绝对位置；最后使用数字地图修正得到最终的位置信息。