本发明涉及动态导航定位领域，具体的说是一种速度自适应辅助定位方法，其可运用在卫星导航接收机设计中。
背景技术：
：卡尔曼(Kalmanfiltering)滤波是一种利用线性系统状态方程，通过系统输入输出观测数据，对系统状态进行最优估计的算法。卡尔曼滤波方法总结系统所有过去的输入和扰动对系统的作用的最小参数的集合，结合未来的输入和系统的扰动确定当前系统的状态。卡尔曼滤波对于每个时刻的系统扰动和观测误差，只要对它们的统计性质作某些适当的假定，通过对含有噪声的观测信号进行处理，就能在平均的意义上求得误差最小的真实信号估计值。因此，自从卡尔曼滤波理论问世以来，在通信系统、电力系统、航空航天、环境污染控制、工业控制、雷达信号处理等许多部门都得到了应用，取得了许多成功应用的成果。但在动态目标的定位过程中，利用卡尔曼滤波对目标进行状态估计，会受到观测误差和动态模型误差的影响，从而导致状态估计精度较差，而利用先验信息能够提高状态估计精度。有研究人员提出以道路先验信息作为约束条件的卡尔曼滤波算法，但该方法必须实时获取道路信息，因此道路约束卡尔曼滤波算法存在一定局限性。另外，也有人提出速度约束卡尔曼滤波算法，实验证明，该方法的定位精度易受定速误差的影响。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明提供一种速度自适应辅助定位方法，其特征在于：首先获取当前位置和速度信息；然后对根据定速误差的统计性质求取速度的变异系数；若变异系数小于阈值，则利用位置和速度的内部关系辅助定位，若变异系数超过阈值，则不进行速度辅助定位。具体的，使用多普勒测量所述速度，采样频率为1Hz，并使用测距码伪距定位所述位置。具体的，使用测距码伪距定位所述位置。具体的，所述变异系数的建立包括如下步骤：步骤一：设定xy方向的所述速度变异系数为cvxy；步骤二：设定实际定速误差标准差值，且三维速度分量的误差服从标准差σ、均值为0的正态分布(εvx,εvy,εvz)～(0,σ)；步骤三：利用速度分量误差的标准差σ构建集合U：{v‾xkv‾yk,v‾xk+σv‾yk+σ,v‾xk-σv‾yk+σ,v‾xk+σv‾yk-σ,v‾xk-σv‾yk-σ};]]>步骤四：变异系数cvxy为；cvxy=σ~u~·100%]]>其中，为集合U的样本标准差，为集合U的均值，即；σ~=Σi=15(Ui-u~)25-1]]>u~=(Σi=15Ui)/5]]>具体的，所述步骤可用于获得yz方向的速度变异系数cvyz。具体的，所述实际定速误差标准差为0.2m/s。具体的，所述正态分布的标准差σ为0.1155m/s。具体的，所述速度与位置的内部约束关系为xk-xk-1yk-yk-1=v‾xkv‾ykxk-xk-1zk-zk-1=v‾xkv‾zkyk-yk-1zk-zk-1=v‾ykv‾zk]]>其中，Δt为时间间隔，(u,v,w)为直线方向向量，(xk,yk,zk)为k时刻的位置值，为k时刻和k-1时刻的速度均值。具体的，所述阈值为20％。具体的，若所述变异系数超过阈值，利用先验信息约束卡尔曼滤波算法进行定位。具体的，利用投影法将所述先验信息约束到所述卡尔曼滤波算法，其将卡尔曼无约束状态估计向量通过约束条件函数直接投影到约束面，得到约束状态估计向量X′为：X′=X^-W-1BT(BW-1BT)-1(BX^-D)]]>其中，B为状态参数的系数矩阵，D为常数矩阵，W为任意对称的正定权矩阵。本发明提供的速度自适应辅助定位方法能够灵活在位置与速度的内部关系辅助定位和卡尔曼滤波算法辅助定位中选择，能够利用较稳定的测速结果辅助定位，提高定位精度，适合于动态单点定位，尤其是车载导航。附图说明本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。图1为本发明的实现结构示意图。具体实施方式在下文的描述中，给出了具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。在现有研究中，以道路先验信息约束卡尔曼滤波算法存在着必须实时获取道路先验信息的局限性，而以速度为约束条件的卡尔曼滤波算法的定位精度则易受定速误差的影响。本发明的技术方案提出了一种速度自适应辅助定位方法。首先，采用常规卡尔曼滤波获取当前位置和速度信息；然后对根据定速误差的统计性质求取速度的变异系数；若变异系数小于阈值，则利用位置与速度的内部关系辅助定位，若变异系数超过阈值，则不进行速度辅助定位。图1是本发明的实现结构示意图。首先，采用常规卡尔曼滤波法获取当前位置和速度信息。优选的，使用多普勒进行测速，速度采样频率优选为1Hz，同时使用测距码进行伪距定位。从而获得当前位置和速度。其次，根据定速误差的统计性质求取速度的变异系数。由于存在定速误差，速度与位置的内部约束关系不一定准确。若定速误差对两者的内部关系影响超过一定阈值时，直接利用速度辅助定位，定位结果将出现不可估量的偏差。因此，需要建立自适应因子，实时判断当前速度能否约束定位。由于无法获知定速误差的真实值，考虑从定速误差的统计特性着手。实际中定速误差标准差为0.2m/s，则速度分量的误差服从标准差σ约为0.1155m/s、均值为0的正态分布，即(εvx,εvy,εvz)～(0,σ)以xy方向为例，利用速度分量误差的标准差σ构建集合U：{v‾xkv‾yk,v‾xk+σv‾yk+σ,v‾xk-σv‾yk+σ,v‾xk+σv‾yk-σ,v‾xk-σv‾yk-σ}]]>若集合内五个值的离散程度越大，说明定速误差对速度分量间的比值影响越大；若离散程度小，则说明定速误差对其速度分量间比值影响小。以集合中五个值的离散程度来衡量定速误差对速度分量间比值的影响是可行的。集合U中的元素Ui在各历元处的平均值是不一样的，若利用标准差衡量离散程度显得不合理，而采用标准差与平均值的比值(变异系数)来表示离散程度则更为合理。以xy方向为例，其变异系数cvxy的求取公式为：cvxy=σ~u~·100%]]>其中，为集合U的样本标准差，为集合U的均值，即σ~=Σi=15(Ui-u~)25-1]]>u~=(Σi=15Ui)/5]]>同理，求出yz方向的变异系数cvyz。以变异系数(cvxy,cvyz)作为自适应因子。若变异系数小于特定阈值，则利用位置和速度的内部关系辅助定位；若变异系数超过特定阈值，则不进行速度辅助定位。计算速度和位置的内部关系如下：由于车辆行驶速度、行驶范围受到车辆性能、交通法规和道路宽度等的限制，假设车辆在较短时间间隔Δt内的行驶轨迹是直线，平均速度为接收机在Δt内始末时刻速度观测值的平均值。基于该假设，在Δt内车辆的位置和速度满足：xk-xk-1μ=yk-yk-1v=zk-zk-1ω]]>v‾xk·Δtμ=v‾yk·Δtv=v‾zk·Δtω]]>其中，(u,v,w)为直线方向向量，(xk,yk,zk)为k时刻的位置值，为k时刻和k-1时刻的速度均值。则速度与位置的内部约束关系为：xk-xk-1yk-yk-1=v‾xkv‾ykxk-xk-1zk-zk-1=v‾xkv‾zkyk-yk-1zk-zk-1=v‾ykv‾zk]]>使用变异系数来衡量序列离散程度，变异系数不超过某阈值则认为该数据稳定合格，这在工业制造、医学等行业有广泛应用。例如，在白细胞过氧化物传感器研制中，制备固定细胞膜的重现性变异系数为5.5％；在机器发动机使用寿命可靠性研究中设为30％～40％；在学生考试成绩的稳定评估中设为20％；在GBT27404-2008实验室质量控制规范中，根据成分浓度的不同其变异系数门限变动在1.3％～43％区间。优选的，本发明的变异系数的阈值d取20％，实际应用可根据观测环境调整阈值。当cvxy、cvyz都小于阈值d时，则认为定速误差对速度分量间的比值影响较小，满足速度约束滤波条件，选择位置与速度的内部关系辅助定位；反之，则不使用位置与速度的内部关系辅助定位，而优选先验信息约束传统卡尔曼滤波方法辅助定位。将先验信息约束融入卡尔曼滤波中的方法主要有伪测量法、度降维法和投影法等，本发明使用投影法。投影法将卡尔曼无约束状态估计向量通过约束条件函数直接投影到约束面，得到约束状态估计向量X′。为求得X′，需根据先验信息建立状态参数间的关系式，即状态约束方程:BX′-D＝0B为状态参数的系数矩阵，D为常数矩阵。再以投影法原则建立目标函数：min(X′-X^)TW(X′-X^)]]>其中，W为任意对称的正定权矩阵。为了同时满足状态约束方程和投影法目标函数，构造拉格朗日条件式，其中λ为拉格朗日乘数向量：Ω=(X′-X^)TW(X′-X^)+2λT(BX′-D)]]>为求得当Ω最小时的X′，令Ω对X′和λ的一阶偏导数等于零，即。∂Ω∂X′⇒2W(X′-X^)+2BTλ=0]]>∂Ω∂λ⇒2BX′-2D=0]]>最后，解得约束状态估计量X′=X^-W-1BT(BW-1BT)-1(BX^-D)]]>根据该约束状态估计量采用先验条件约束的卡尔曼滤波算法进行辅助定位。本发明能够利用较稳定的测速结果辅助定位，提高定位精度，适合于动态单点定位，尤其是车载导航。综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书界定的范围为准。当前第1页1 2 3