一种航向角校正的方法及装置与流程

本发明实施例涉及导航领域技术，尤其涉及一种航向角校正的方法及装置。

背景技术：

在车载导航领域，普遍使用GPS(全球定位系统，Global Positioning System)定位技术实现车辆的定位功能。在GPS信号不够的城市街道、地下停车场等，经常会出现车辆无法定位的情况。

目前有少数定位终端及车载导航设备通过陀螺仪、地磁传感器获取车辆的三轴角速度、地磁场强度，再通过计算得到车辆的航向角来实现惯性导航。

但由于陀螺仪存在漂移问题、地磁传感器容易受干扰导致惯性导航准确性较差。而仅使用陀螺仪无法确定车辆的初始行驶方向，无法实现惯性导航。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种航向角校正的方法及装置，以实现校正航向角进而达到导航的目的。

第一方面，本发明实施例提供了一种航向角校正的方法，该方法包括：

基于陀螺仪确定车辆的行进状态；

如果所述车辆的行进状态为持续直行，则将基于GPS技术确定车辆持续直行期间的平均航向角作为车辆的瞬时航向角。

进一步地，该方法还包括：

如果所述车辆的行进状态为非持续直行，则计算上一瞬时航向角与陀螺仪偏转角度之和，更新作为当前的瞬时航向角。

进一步地，所述基于陀螺仪确定车辆的行进状态包括：

按照第一采集时间间隔t，获取陀螺仪的Z轴角速度z,并循环填充在数组z_buff[N]中，其中，N为自然数；

比较所述数组z_buff[N]中的每一数值是否大于陀螺仪角速度的零点阈值；

如果所述数组z_buff[N]中的每一数值均小于所述零点阈值，则确定所述车辆为持续直行，否则确定为非持续直行。

进一步地，在所述比较所述数组z_buff[N]中的每一数值是否大于陀螺仪角速度的零点阈值之前，还包括：

在车辆静止时，获取陀螺仪的一组Z轴角速度值；

确定所述陀螺仪角速度的零点阈值为所述一组Z轴角速度值中的最大值。

进一步地，所述将基于GPS技术确定车辆持续直行期间的平均航向角作为车辆的瞬时航向角包括：

按照第二采集时间间隔T，基于GPS技术获取车辆的平均航向角，以及参与解算的卫星数量；

确定车辆在所述第二采集时间间隔T中的行驶速度和/或行驶距离；

如果解算卫星数量大于等于设定卫星数量阈值，且所述行驶速度和/或行驶距离满足GPS定位精度条件，则将基于GPS技术确定车辆持续直行期间的平均航向角作为车辆的瞬时航向角。

其中：所述N等于T除以t的整数加1。

第二方面，本发明实施例还提供了一种航向角校正的装置，该装置包括：

确定车辆行进状态模块，用于基于陀螺仪确定车辆的行进状态；

直行确定航向角模块，用于如果所述车辆的行进状态为持续直行，则将基于GPS技术确定车辆持续直行期间的平均航向角作为车辆的瞬时航向角。

进一步地，该装置还包括：

非持续直行确定航向角模块，用于如果所述车辆的行进状态为非持续直行，则计算上一瞬时航向角与陀螺仪偏转角度之和，更新作为当前的瞬时航向角。

进一步地，所述确定车辆行进状态模块还用于：

按照第一采集时间间隔t，获取陀螺仪的Z轴角速度z,并循环填充在数组z_buff[N]中，其中，N为自然数；

比较所述数组z_buff[N]中的每一数值是否大于陀螺仪角速度的零点阈值；

如果所述数组z_buff[N]中的每一数值均小于所述零点阈值，则确定所述车辆为持续直行，否则确定为非持续直行。

进一步地，该装置还包括：零点阈值确定模块，用于在所述比较所述数组z_buff[N]中的每一数值是否大于陀螺仪角速度的零点阈值之前，

在车辆静止时，获取陀螺仪的一组Z轴角速度值；

确定所述陀螺仪角速度的零点阈值为所述一组Z轴角速度值中的最大值。

进一步地，所述直行确定航向角模块还用于：

按照第二采集时间间隔T，基于GPS技术获取车辆的平均航向角，以及参与解算的卫星数量；

确定车辆在所述第二采集时间间隔T中的行驶速度和/或行驶距离；

如果解算卫星数量大于等于设定卫星数量阈值，且所述行驶速度和/或行驶距离满足GPS定位精度条件，则将基于GPS技术确定车辆持续直行期间的平均航向角作为车辆的瞬时航向角。

其中，所述N等于T除以t的整数加1。

本发明实施例通过基于陀螺仪确定车辆的行进状态，当所述车辆的行进状态为持续直行时，将基于GPS技术确定车辆持续直行期间的平均航向角作为车辆的瞬时航向角，解决了传统方式利用陀螺仪和地磁传感器进行惯性导航时，陀螺仪存在漂移问题、地磁传感器容易受干扰，以及仅使用陀螺仪无法确定车辆的初始行驶方向，无法实现惯性导航的问题，实现了利用陀螺仪确定车辆的行进状态，根据车辆的行进状态和GPS技术确定车辆的航向角，从而进行准确地导航。

附图说明

图1是本发明实施例一中的一种航向角校正的方法的流程示意图；

图2是本发明实施例二中的一种航向角校正的方法的流程示意图；

图3是本发明实施例三中的一种航向角校正的方法的流程示意图；

图4是本发明实施例四中的一种航向角校正的方法的流程示意图；

图5是本发明实施例五中的一种航向角校正的方法的流程示意图；

图6是本发明实施例六中的一种航向角校正的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一中的一种航向角校正的方法的流程示意图。本实施例的技术方案适用于导航的情况。该方法可以由本发明实施例提供的一种航向角校正的装置来执行，该装置可以采用软件和/或硬件的方式实现，并配置在车辆中应用。该方法具体包括如下步骤：

S110、基于陀螺仪确定车辆的行进状态。

陀螺仪可以获取车辆的角速度，角速度可以反映车辆的偏转角，以此确定车辆的行进状态。车辆的行进状态包括持续直行和非持续直行。

S120、如果所述车辆的行进状态为持续直行，则将基于GPS技术确定车辆持续直行期间的平均航向角作为车辆的瞬时航向角。

当利用陀螺仪确定车辆的行进状态为持续直行时，利用GPS技术确定的车辆持续直行期间的平均航向角可以作为没有GPS信号或者GPS信号较弱时的车辆的瞬时航向角，由此可以实现在没有GPS信号或者GPS信号较弱的时候，进行准确地确定航向角，进而利用航向角进行导航。

本发明实施例通过基于陀螺仪确定车辆的行进状态，当所述车辆的行进状态为持续直行时，将基于GPS技术确定车辆持续直行期间的平均航向角作为车辆的瞬时航向角，解决了传统方式利用陀螺仪和地磁传感器进行惯性导航时，陀螺仪存在漂移问题、地磁传感器容易受干扰，以及仅使用陀螺仪无法确定车辆的初始行驶方向，无法实现惯性导航的问题，实现了利用陀螺仪确定车辆的行进状态，根据车辆的行进状态和GPS技术确定车辆的航向角，从而进行准确地导航。

实施例二

图2是本发明实施例二提供的一种航向角校正的方法的流程示意图。本发明实施例在上述实施例的基础上，进一步对所述车辆的行进状态为持续直行时的步骤优化为所述车辆的行进状态为非持续直行时的步骤。

相应地，本实施例的方法包括：

S210、基于陀螺仪确定车辆的行进状态。

S220、如果所述车辆的行进状态为非持续直行，则计算上一瞬时航向角与陀螺仪偏转角度之和，更新作为当前的瞬时航向角。

当利用陀螺仪确定车辆的行进状态为非持续直行时，当前的航向角由GPS技术和陀螺仪共同确定。每隔一定时间间隔通过GPS技术获取车辆的航向角，在测量当前瞬时航向角时刻的上一时间间隔获取的航向角为上一瞬时航向角；每隔一定时间间隔获取陀螺仪角速度值，利用该时间间隔乘以角速度值为陀螺仪偏转角度；当前的瞬时航向角的等于上一瞬时航向角与陀螺仪偏转角度之和。由此可以实现车辆在非持续直行状态时，无GPS信号或者GPS信号较弱时的车辆航向角的确定，进而实现车辆导航。

本发明实施例通过基于陀螺仪确定车辆的行进状态，如果所述车辆的行进状态为非持续直行，则计算上一瞬时航向角与陀螺仪偏转角度之和，更新作为当前的瞬时航向角，实现了车辆在非持续直行时对航向角进行实时校正，从而利用精准的航向角进行有效的导航。

实施例三

图3是本发明实施例三提供的一种航向角校正的方法的流程示意图。本发明实施例在上述任意实施例的基础上，进一步对基于陀螺仪确定车辆的行进状态的步骤进行了优化。

相应地，本实施例的方法包括：

S310、按照第一采集时间间隔t，获取陀螺仪的Z轴角速度z,并循环填充在数组z_buff[N]中，其中，N为自然数。

Z轴为垂直方向，陀螺仪的Z轴角速度z反映车辆在水平方向的偏转角，进而可以判断车辆的行进状态。获取到的陀螺仪的Z轴角速度z可以循环填充在数组z_buff[N]中，也可以采取其他存储数据的方式，比如存储在矩阵中，在此不再赘述。

其中N为自然数，N代表在t时间内可以获取到的陀螺仪的Z轴角速度z的个数。N根据GPS技术获取航向角的时间间隔T和获取陀螺仪Z轴角速度z的第一采集时间间隔t确定，N可以取大于T除以t的整数，可以保证在数组z_buff[N]填满的过程中，可以获取到车辆的航向角。优选地，N等于T除以t的整数加1。

S320、判断所述数组z_buff[N]中的每一数值是否均小于零点阈值。

在车辆静止时，获取陀螺仪的一组Z轴角速度值；确定所述陀螺仪角速度的零点阈值为所述一组Z轴角速度值中的最大值。

S330、当所述数组z_buff[N]中的每一数值均小于所述零点阈值时，所述车辆的行进状态为持续直行，则将基于GPS技术确定车辆持续直行期间的平均航向角作为车辆的瞬时航向角。

由于存在误差，车辆直行时陀螺仪的Z轴角速度值不可能一直为零，只是接近零的数，当陀螺仪的Z轴角速度值小于设定的零点阈值时，也就是，所述数组z_buff[N]中的每一数值均小于所述零点阈值时，车辆在水平方向没有发生偏转，即所述车辆的行进状态为持续直行。当车辆的行进状态为持续直行时，且没有GPS信号或者GPS信号较弱时，基于GPS技术确定车辆持续直行期间的平均航向角作为车辆的瞬时航向角。

S340、当所述数组z_buff[N]中的每一数值不是均小于所述零点阈值时，所述车辆的行进状态为非持续直行，则计算上一瞬时航向角与陀螺仪偏转角度之和，更新作为当前的瞬时航向角。

所述数组z_buff[N]中的每一数值不是均小于所述零点阈值时，车辆在水平方向发生了偏转，即车辆的行进状态为非持续直行。当车辆的行进状态为非持续直行时，且没有GPS信号或者GPS信号较弱时，计算上一瞬时航向角与陀螺仪偏转角度之和，更新作为当前的瞬时航向角。

本发明实施例通过陀螺仪的角速度判定车辆的行进状态，当车辆为持续直行时，则将基于GPS技术确定车辆持续直行期间的平均航向角作为车辆的瞬时航向角；当车辆为非持续直行时，则计算上一瞬时航向角与陀螺仪偏转角度之和，更新作为当前的瞬时航向角，实现了对车辆行驶状态的判定以及根据行驶状态的不同选择不同的方式确定车辆瞬时航向角，达到了根据车辆行驶状态准确确定车辆瞬时航向角，进而进行精准导航的目的。

实施例四

图4是本发明实施例四提供的一种航向角校正的方法的流程示意图。本发明实施例在上述任意实施例的基础上，进一步对如果所述车辆的行进状态为持续直行，则将基于GPS技术确定车辆持续直行期间的平均航向角作为车辆的瞬时航向角进行了优化。

相应地，本实施例的方法包括：

S410、基于陀螺仪确定车辆的行进状态。

S420、如果所述车辆的行进状态为持续直行，则按照第二采集时间间隔T，基于GPS技术获取车辆的平均航向角，以及参与解算的卫星数量；

按照第二采集时间间隔T，基于GPS技术获取的车辆的平均航向角可以是在一个第二采集时间间隔T内的航向角，也可以是多个第二采集时间间隔T内的航向角的平均值。多个第二采集时间间隔T内的航向角的平均值可以减小GPS技术确定的平均航向角的误差，从而可以得到更准确地瞬时航向角。

参与解算的卫星为GPS技术中进行获取航向角的卫星。卫星数量越大，表明GPS信号越可信。

S430、确定车辆在所述第二采集时间间隔T中的行驶速度和/或行驶距离；

车辆的行驶速度可以由GPS模块、车速脉冲、OBD诊断接口等采集到。车辆的行驶距离可以由车辆的行驶速度在第二采集时间间隔内的积分得到，也可以直接在车辆里程表中读取在第二采集时间间隔T内的里程变化获得，还可以由GPS技术获取的经纬度变化计算得到。

S440、如果解算卫星数量大于等于设定卫星数量阈值，且所述行驶速度和/或行驶距离满足GPS定位精度条件，则将基于GPS技术确定车辆持续直行期间的平均航向角作为车辆的瞬时航向角。

设定的卫星数量阈值最小为3，当结算卫星数量大于等于设定卫星数量阈值时，可以保证GPS信号可信。

由于GPS技术有一定的定位精度，需保证车辆处于行驶状态且第二采集时间间隔T时间内的行驶速度和/或行驶距离不能小于GPS模块的定位精度，否则获取的平均航向角误差太大。因而，车辆行驶速度大于设定值和/或车辆行驶距离大于设定值时，可以保证满足GPS的定位精度从而获得可靠的平均航向角。

车辆直行时用GPS技术获得的平均航向角较正瞬时航向角，车辆非直行即车辆转弯时利用陀螺仪计算得到车辆瞬时航向角。

当车辆由GPS信号稳定区进入GPS信号盲区时，利用当前的车辆瞬时航向角，结合车辆速度，计算得到车辆的当前位置；当车辆从GPS信号盲区进入GPS信号稳定区时，车辆维持一定时间的直行，采用本实施例方法纠正盲区惯性导航产生的航向角误差；当车辆熄火时，设备可以将实时航向角存储在非易失性存储芯片内，下次车辆启动时读取之前存储的航向角作为起始航向角。

本发明实施例通过陀螺仪确定车辆的行进状态，当车辆的行进状态为持续直行时，且参与解算的卫星数量大于设定卫星数量与之，以及车辆的行驶速度和/或行驶距离满足GPS定位精度条件，则将基于GPS技术确定车辆持续直行期间的平均航向角作为车辆的瞬时航向角，实现了在GPS定位精度下，根据车辆行驶状态准确确定车辆瞬时航向角，进而进行精准导航的目的。

实施例五

图5是本发明实施例五提供的一种航向角校正的方法的流程示意图。本发明实施例在上述任意实施例的基础上，进一步对如果所述车辆的行进状态为非持续直行，则计算上一瞬时航向角与陀螺仪偏转角度之和，更新作为当前的瞬时航向角进行了优化。

相应地，本实施例的方法包括：

S510、基于陀螺仪确定车辆的行进状态。

S520、如果所述车辆的行进状态为非持续直行，则按照第二采集时间间隔T，基于GPS技术获取车辆的平均航向角，以及参与解算的卫星数量；

S530、确定车辆在所述第二采集时间间隔T中的行驶速度和/或行驶距离；

S540、如果解算卫星数量大于等于设定卫星数量阈值，且所述行驶速度和/或行驶距离满足GPS定位精度条件，则计算上一瞬时航向角与陀螺仪偏转角度之和，更新作为当前的瞬时航向角。

本发明实施例通过陀螺仪确定车辆的行进状态，当车辆的行进状态为非持续直行时，且参与解算的卫星数量大于设定卫星数量与之，以及车辆的行驶速度和/或行驶距离满足GPS定位精度条件，则计算上一瞬时航向角与陀螺仪偏转角度之和，更新作为当前的瞬时航向角，实现了在GPS定位精度下，根据车辆行驶状态准确确定车辆瞬时航向角，进而进行精准导航的目的。

实施例六

图6为本发明实施例六提供的一种航向角校正的装置的结构示意图。该装置用于执行上述任意实施例所提供的航向角校正的方法。该装置包括：

确定车辆行进状态模块610，用于基于陀螺仪确定车辆的行进状态；

直行确定航向角模块620，用于如果所述车辆的行进状态为持续直行，则将基于GPS技术确定车辆持续直行期间的平均航向角作为车辆的瞬时航向角。

进一步地，该装置还包括：

非持续直行确定航向角模块，用于如果所述车辆的行进状态为非持续直行，则计算上一瞬时航向角与陀螺仪偏转角度之和，更新作为当前的瞬时航向角。

进一步地，所述确定车辆行进状态模块还用于：

按照第一采集时间间隔t，获取陀螺仪的Z轴角速度z,并循环填充在数组z_buff[N]中，其中，N为自然数；

比较所述数组z_buff[N]中的每一数值是否大于陀螺仪角速度的零点阈值；

如果所述数组z_buff[N]中的每一数值均小于所述零点阈值，则确定所述车辆为持续直行，否则确定为非持续直行。

进一步地，该装置还包括：零点阈值确定模块，用于在所述比较所述数组z_buff[N]中的每一数值是否大于陀螺仪角速度的零点阈值之前，

在车辆静止时，获取陀螺仪的一组Z轴角速度值；

确定所述陀螺仪角速度的零点阈值为所述一组Z轴角速度值中的最大值。

进一步地，所述直行确定航向角模块还用于：

按照第二采集时间间隔T，基于GPS技术获取车辆的平均航向角，以及参与解算的卫星数量；

确定车辆在所述第二采集时间间隔T中的行驶速度和/或行驶距离；

如果解算卫星数量大于等于设定卫星数量阈值，且所述行驶速度和/或行驶距离满足GPS定位精度条件，则将基于GPS技术确定车辆持续直行期间的平均航向角作为车辆的瞬时航向角。

其中，所述N等于T除以t的整数加1。

本发明实施例六提供的航向角校正的装置，实现了利用陀螺仪确定车辆的行进状态，根据车辆的行进状态和GPS技术确定车辆的航向角，从而进行准确地导航。

本发明实施例所提供的航向角校正的装置可执行本发明任意实施例所提供的航向角校正的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。