专利名称：基于移动gps/ins节点的协同车辆定位方法
技术领域：
本发明涉及一种基于移动GPS/INS节点的协同车辆定位方法，属于车辆导航定位技术领域。
背景技术：
近年来随着科学技术的发展，车辆导航系统得到了越来越广泛的应用。如何在车辆行驶的条件下获得尽可能精确的定位信息、如何开发低成本的车辆导航系统成为紧要的问题。GPS作为新一代的全球定位系统，具有全天候、全球性、连续提供三维导航数据以及误差有界等优点。从成本、可实现性等方面来看，GPS有着其他系统无法比拟的优点。但是由于受星历误差、电离层误差等原因，普通的GPS接收机的定位精度受到严重影响。普通GPS接收机的定位精度可达30m左右，这一精度显然不能满足高精度的车辆定位要求。
为了提高GPS的定位精度，差分GPS的随之产生。差分GPS(DGPS，DifferentialGPS)首先利用已知精确三维坐标的差分GPS基准站，求得伪距修正量或位置修正量，再将这个修正量实时或事后发送给用户端(GPS导航仪)，对用户端的测量数据进行修正，以提高GPS定位精度。根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位分为三类，即位置差分、伪距和相位差分。其中，位置差分是一种最简单的差分方法，任何一种GPS接收机都可改装或组成这种差分系统。位置差分的原理为安装在基准站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定位，解算出基准站的坐标，由于存在着轨道误差、时钟误差、大气影响及电离层误差等，计算出的坐标与基准站的已知坐标是不一样的，存在一个误差，基准站求出坐标误差并将改正数发送出去并由用户端接收，以对其解算的用户端坐标进行改正。利用基于位置差分的DGPS对车辆进行定位，可将定位精度由十米级提高到米级甚至更高。但是，DGPS在实际工程应用中也有其显著缺点，如一、DGPS接收机价格远高于普通GPS接收机，无法在车载导航应用中得到推广；二、由于DGPS的基准站往往距用户端较远，当用户端工作在高楼林立的城市环境中时，DGPS无法消除多路径效应带来的误差，导致DGPS的定位精度有所下降。惯性导航系统(INS, Inertial navigation system)是基于惯性传感器的自主式导航系统，它利用惯导传感器测量运动的角速度和加速度，经计算确定车辆位置，实现车辆的自主定位。但惯性元件的漂移误差和标定误差将使累积误差随着时间逐渐积累，最终达到无法忍受的程度，而且目前高精度的INS系统价格高昂，很难在车载导航系统中得到推广。多传感器融合技术的出现极大的推动了车载定位技术的发展，利用多传感器融合技术，将低精度的GPS和INS组合在一起，即能得到高精度的组合导航定位结果。随着车联网技术的发展，车与车之间的通信技术越来越成熟。通过无线传输技术，车辆与车辆之间可以实时的交换位置、速度等信息。
发明内容
本发明提出了一种基于移动GP S /1N S节点的协同车辆定位方法，该方法在部分车辆(如公交车)上安装GPS/INS组合导航系统及无线传输装置，利用GPS/INS组合导航系统得到车辆位置信息，同时与GPS单独输出的车辆信息做比较，得出GPS的位置误差，然后利用无线传输装置将该GPS位置误差值传播给附近的只载有普通GPS接收机的车辆，这些车辆在普通GPS输出的车辆位置信息的基础上减去该GPS位置误差值，得到车辆定位结果。本发明为解决其技术问题采用如下技术方案
一种基于移动GPS/INS节点的协同车辆定位方法，包括下列步骤
(1)载有GPS/INS组合导航系统的车辆利用数据融合方法得到高精度的车辆位置信
息；
(2)将GPS/INS组合导航系统输出的位置信息与GPS接收机单独输出的位置信息进行比较，得出GPS位置误差值；
(3)载有GPS/INS组合导航系统的车辆同时装有无线传输输出设备，利用无线传输方法，将GPS位置误差值传播给附近的只载有普通GPS接收机的车辆； (4)只载有普通GPS接收机的车辆同时装有无线传输接收设备，接收步骤(3)中的GPS位置误差值，同时在普通GPS接收机输出的车辆位置信息的基础上减去该GPS位置误差值，即得到车辆定位结果。步骤(I)中所述数据融合方法，包含卡尔曼滤波、粒子滤波，以及基于卡尔曼滤波和粒子滤波的改进数据融合算法。步骤(I)中所述GPS/INS组合导航系统，其组合方式为速度位置紧组合方式。步骤(3)中所述无线传输方法采用IEEE 802. Ila通信标准协议。该方法的差分方式为位置差分。本发明的有益效果如下
(I)本发明综合利用组合导航方法及无线通信方法，相较于传统的差分GPS基准站，本发明建立了 “移动”差分GPS基准站。(2)本发明建立的“移动”差分GPS基准站适用范围广，能有效降低传统差分GPS基准站不能消除的多路径误差。(3)相较于传统的差分GPS,本发明建立的“移动”差分GPS成本低廉,易于推广。(4)该方法能够有效地克服电离层误差、多路径误差对普通GPS接收机的影响，在成本增加不大的情况下有效地提高普通GPS接收机的定位精度。
图I为基于差分GPS概念的车辆定位方法示意图。图2为GPS/INS紧组合导航原理框图。
具体实施例方式 下面结合附图对本发明创造做进一步详细说明。基于差分GPS概念的车辆定位方法，由于公交车在城市中数量较多、活动范围广泛，且几乎平均分配于各个街道上，故一般将GPS/INS组合定位系统安装在公交车上。如图I所示，安装有GPS/INS组合导航系统的公交车同时配备无线通信传输设备，该设备可将GPS位置误差值进行广播，传播给附近的只载有普通GPS接收机的车辆；
图2为GPS/INS紧组合导航原理框图，如图所示，GPS与INS的组合方式采用位置紧组合方式。只载有普通GPS的车辆接收GPS位置误差值，对自身的GPS接收机输出的位置信息进行校正，得到高精度的导航定位结果。本发明的原理是差分GPS的原理是首先利用已知精确三维坐标的差分GPS基准台，求得伪距修正量或位置修正量，再将这个修正量实时或事后发送给用户(GPS导航仪)，对用户的测量数据进行修正，以提高GPS的定位精度，可将GPS的定位精度由普通GPS的十米级提高到米级甚至厘米级。差分GPS由于其定位精度高，目前已得到了广泛应用。但是差分GPS的工程化应用也有其局限性，具体表现为一、差分GPS价格较高，不利于商业推广；二、为了更好的获得卫星信号，差分GPS基准台往往建于空旷的郊外地区，距离差分GPS用户端比较远，当差分GPS用户端工作于高楼林立的城市环境中时，往往会受到与城市环境有关的多路径误差的影响，该误差无法通过差分方法消除。本发明利用差分GPS的概念，首先在部分车辆(如公交车)上安装导航定位精度较高的GPS/INS组合导航系统，然后比较GPS/INS组合导航定位的输出与GPS接收机单独的输出，得到GPS接收机的位置误差值，最后通过无线传输方法将该GPS位置误差值传播给附近的只载有普通GPS接收机的车辆，便可有效的消除普通GPS接收机的导航定位误差。具体步骤如下
(I)载有GPS/INS组合导航系统的车辆利用数据融合方法得到高精度的车辆位置信息。此处的数据融合方法指卡尔曼滤波、粒子滤波以及基于卡尔曼滤波和粒子滤波的各种优化滤波算法。
(2)将GPS/INS组合导航系统输出的高精度的车辆位置信息与GPS接收机单独输出的车辆位置信息进行比较，得出GPS位置误差值。(3)载有GPS/INS组合导航系统的车辆同时装有无线传输输出设备，而只载有普通GPS接收机的车辆同时装有无线传输接收设备，可利用无线传输技术(如IEEE802. 11a)，将步骤(2)中得到的GPS位置误差值传输给附近的只载有普通GPS接收机的车辆。(4)只载有普通GPS接收机的车辆利用无线传输接收设备接收到GPS位置误差值，同时在普通GPS接收机输出的车辆位置信息的基础上减去该GPS位置误差值，最终得到高精度的车辆定位结果。
权利要求
1.一种基于移动GPS/INS节点的协同车辆定位方法，其特征在于包括下列步骤 (1)载有GPS/INS组合导航系统的车辆利用数据融合方法得到高精度的车辆位置信息； (2)将GPS/INS组合导航系统输出的位置信息与GPS接收机单独输出的位置信息进行比较，得出GPS位置误差值； (3)载有GPS/INS组合导航系统的车辆同时装有无线传输输出设备，利用无线传输方法，将GPS位置误差值传播给附近的只载有普通GPS接收机的车辆； (4)只载有普通GPS接收机的车辆同时装有无线传输接收设备，接收步骤(3)中的GPS位置误差值，同时在普通GPS接收机输出的车辆位置信息的基础上减去该GPS位置误差值，即得到车辆定位结果。
2.根据权利要求I中所述的基于移动GPS/INS节点的协同车辆定位方法，其特征在于步骤(I)中所述数据融合方法，包含卡尔曼滤波、粒子滤波，以及基于卡尔曼滤波和粒子滤波的改进数据融合算法。
3.根据权利要求I中所述的基于移动GPS/INS节点的协同车辆定位方法，其特征在于步骤(I)中所述GPS/INS组合导航系统，其组合方式为速度位置紧组合方式。
4.根据权利要求I中所述的基于移动GPS/INS节点的协同车辆定位方法，其特征在于步骤(3)中所述无线传输方法采用IEEE 802. Ila通信标准协议。
5.根据权利要求I中所述的基于移动GPS/INS节点的协同车辆定位方法，其特征在于该方法的差分方式为位置差分。
全文摘要
本发明涉及一种基于移动GPS/INS节点的协同车辆定位方法，属于车辆导航定位技术领域，包括以下步骤一、载有GPS/INS组合导航系统的车辆利用数据融合方法得出车辆位置信息；二、将GPS/INS组合导航系统输出的高精度车辆位置信息与GPS接收机单独输出的车辆位置信息进行比较，得到GPS位置误差值；三、载有GPS/INS组合导航系统的车辆利用无线传输方法，将GPS位置误差值传输给附近的只载有GPS接收机的车辆；四、只载有GPS接收机的车辆在GPS接收机输出的位置信息的基础上减去通过无线传输接收到的GPS位置误差值，得到车辆定位结果。本发明将组合导航技术与车辆通信技术结合在一起，实现了“移动”差分GPS基准站，有效地提高了车辆导航定位精度。
文档编号G01S19/49GK102778686SQ201210277899
公开日2012年11月14日 申请日期2012年8月7日 优先权日2012年8月7日
发明者徐元, 申冲, 陈熙源, 黄浩乾 申请人:东南大学