本发明涉及一种基于辅助定位的导航定位方法。
背景技术：
随着无人驾驶技术的发展，高精度导航定位技术越来越受关注。但是高精度导航定位技术中，在卫星信号失锁状态下，如何保证高精度的定位要求一直是一个比较突出的问题。目前主流的解决方案是在卫星信号失锁之后采用惯性导航设备，依靠惯性导航设备所测出的加速度、速度及姿态信息积分计算出当前的位置信息。然而，实际情况下，在积分过程中，惯性导航设备自身所存在的误差会随着时间的累积逐步放大，最终无法保证计算结果的精度。为了满足卫星信号失锁后高精度的定位要求，一般通过降低惯性导航设备自身的硬件误差来降低计算累积误差，但是这样会使惯性导航设备的成本增加，而且这种方法即便在理论上也只是减小误差，无法消除误差，定位仍然不够准确。
申请号为201410378154.4的专利公开了一种基于路灯辅助定位的城市车载导航定位方法，该方法将路灯作为导航定位的参考路标，并将该路灯位置作为车辆位置用以导航，克服了因卫星导航信号被遮挡而无法精确定位的问题。然而，该发明仍存在如下不足：实际情况下，路灯距离车辆仍有一段距离，以路灯位置作为车辆位置会存在较大误差，导致定位不够准确。
技术实现要素：
本发明提供了一种基于辅助定位的导航定位方法，可以借助辅助定位设备，通过算法提升导航的定位精度。
一种基于辅助定位的导航定位方法，包括如下步骤：
(1)对车辆的行驶线路上的辅助定位设备进行编号，建立辅助定位设备的位置坐标和编号相互对应的数据库，将数据库存储在车载导航系统中；
(2)判断车载导航系统的卫星信号是否正常；如果卫星信号正常，则车载导航系统采用卫星定位系统输出的位置信息；如果卫星信号失锁，则执行步骤(3)；
(3)利用车载探测传感器对辅助定位设备进行探测，车载探测传感器获得车辆行驶线路同侧的两个辅助定位设备的编号；分别计算两个辅助定位设备各自与车载探测传感器之间的距离，以及两个辅助定位设备各自与车载探测传感器的连线相对于经过车载探测传感器的同一条基准方向线的夹角；
(4)车载导航系统接收两个辅助定位设备的编号信息，结合数据库获得两个辅助定位设备的位置坐标；根据两个辅助定位设备各自与车载探测传感器之间的距离、所述两个辅助定位设备的位置坐标和两个辅助定位设备各自与车载探测传感器的连线相对于经过车载探测传感器的同一条基准方向线的角度之差，运算得出车载探测传感器的位置坐标；
(5)以车载探测传感器的位置坐标作为车辆的位置坐标，输出位置信息。
步骤(1)对车辆行驶线路上的辅助定位设备进行编号，对辅助定位设备的位置坐标进行精确测量和标定。建立辅助定位设备的位置坐标和编号相互对应的数据库，将数据库存储在车载导航系统中。
辅助定位设备的编号需要明显且容易被探测，辅助定位设备设置在车辆行驶线路上，目的是为车辆提供辅助定位信息。辅助定位设备可以是车辆行驶线路上设置有无源标签的路灯，辅助定位设备位于车辆行驶线路的同一侧。
步骤(3)利用车载探测传感器对辅助定位设备进行探测，车载探测传感器获得车辆行驶线路同侧的两个辅助定位设备的编号；分别计算两个辅助定位设备各自与车载探测传感器之间的距离，以及两个辅助定位设备各自与车载探测传感器的连线相对于经过车载探测传感器的同一条基准方向线的夹角。
车载探测传感器设置在车辆上，车载探测传感器的探测范围至少覆盖车辆行驶线路同侧的两个辅助定位设备。
车载探测传感器读取所探测到的车辆行驶线路同侧的两个辅助定位设备的编号；在另一个实施方式中，两个辅助定位设备利用自身的感应装置将自身的编号信息传递给车载探测传感器。
步骤(4)车载导航系统接收两个辅助定位设备的编号信息，结合数据库获得两个辅助定位设备的位置坐标。车载导航系统根据两个辅助定位设备各自与车载探测传感器之间的距离、两个辅助定位设备的位置坐标和两个辅助定位设备各自与车载探测传感器的连线相对于经过车载探测传感器的同一条基准方向线的角度之差，运算得出车载探测传感器的位置坐标。
辅助定位设备a的坐标记为(x1，y1)，辅助定位设备a与车载探测传感器之间的距离记为a。辅助定位设备b的坐标记为(x2，y2)，辅助定位设备b与车载探测传感器之间的距离记为b。公式(x-x1)2+(y-y1)2＝a2与(x-x2)2+(y-y2)2＝b2结合可以推算出车载探测传感器的位置坐标(x，y)。
由公式推算出来的车载探测传感器的位置坐标(x，y)可能有两个。当推算出来的车载探测传感器的位置坐标(x，y)为两个时，通过两个不同的辅助定位设备各自与车载探测传感器的连线相对于基准方向线的角度之差，确定车载探测传感器唯一的位置坐标。
在本发明的一种实施方式中，以车辆行驶正前方方向线为基准方向线；基准方向线沿顺时针方向旋转形成正角度，基准方向线沿逆时针方向旋转形成负角度。
角度之差可以是两个辅助定位设备中在车辆行驶方向上靠后的辅助定位设备与车载探测传感器的连线相对于基准方向线的角度，减去靠前的辅助定位设备与车载探测传感器的连线相对于基准方向线的角度；也可以是两个辅助定位设备中在车辆行驶方向上靠前的辅助定位设备与车载探测传感器的连线相对于基准方向线的角度，同一靠后的辅助定位设备与车载探测传感器的连线相对于基准方向线的角度之差。
在本发明的一种实施方式中，判断车载导航系统的卫星信号是否正常。如果卫星信号正常，则车载导航系统采用卫星定位系统输出的位置信息；如果卫星信号失锁，车载导航系统先采用惯性导航系统输出的位置信息，然后执行步骤(3)-(5)对惯性导航系统输出的位置信息进行重置。
车载导航系统包括卫星定位系统和惯性导航系统，对惯性导航系统输出的位置信息进行重置是周期性进行的；周期是可调节的。惯性导航系统包括陀螺仪、加速度计和微处理器，并能够通过陀螺仪提供的姿态信息和加速度计提供的加速度信息进行车辆位置的计算。
本发明的有益效果：
(1)按照本发明提供的方法，在卫星信号失锁状态下，不必增加惯性导航的硬件成本即可提升导航的定位精度，使定位更加准确；
(2)本发明提供的方法采用两个辅助定位设备即可准确定位，有效降低了辅助定位设备的布置数量和密度，利于降低成本；
(3)本发明提供的方法与采用降低惯性导航设备硬件误差的方式相比，可有效降低导航定位的成本，从而使整个项目容易实现量产；
(4)本发明提供的方法只是在卫星信号失锁状态下，对惯性导航系统输出的位置信息进行周期性重置，以提升惯性导航的定位精度，降低运算量的同时节约了资源。
附图说明
为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1：实施例一的车载导航系统导航定位流程图；
图2：实施例二的车载导航系统导航定位流程图。
具体实施方式
以下的具体实施例对本发明进行了详细的描述，然而本发明并不限制于以下实施例。实施例一：
如图1所示，本实施例提供一种基于辅助定位的导航定位方法。
一种基于辅助定位的导航定位方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)在车辆行驶线路上的同侧设置辅助定位设备，对辅助定位设备的位置坐标进行精确测定并对辅助定位设备进行编号。建立辅助定位设备的位置坐标和编号相互对应的数据库，并将数据库存储在车载导航系统中。
辅助定位设备的编号需要明显且容易被探测到，辅助定位设备设置在车辆行驶线路上，目的是为车辆提供辅助定位信息。辅助定位设备包括车辆行驶线路同侧的路灯和设置在路灯上的无源标签。
(2)判断车载导航系统的卫星信号是否正常。如果卫星信号正常，则车载导航系统采用卫星定位系统输出的位置信息；如果卫星信号失锁，则执行步骤(3)。
判断卫星信号状态，如果卫星信号正常，采用差分定位的方法，对基于卫星定位系统进行的位置判定进行修正，进一步提高定位精度。具体来说，是利用卫星差分位置信息对卫星定位系统输出的结果进行修正。
(3)利用车载探测传感器对辅助定位设备进行探测，车载探测传感器获得车辆行驶线路同侧的两个辅助定位设备的编号。分别计算两个辅助定位设备各自与车载探测传感器之间的距离，以及两个辅助定位设备各自与车载探测传感器的连线相对于经过车载探测传感器的同一条基准方向线的夹角。
车载探测传感器设置在车辆上，车载探测传感器的探测范围至少覆盖车辆行驶线路同侧的两个辅助定位设备。
车载探测传感器读取所探测到的车辆行驶线路同侧的两个辅助定位设备的编号，两个辅助定位设备利用自身的感应装置将自身的编号信息传递给车载探测传感器。
车载导航系统的处理器对探测到的信号进行处理和运算，获得两个辅助定位设备的编号信息、两个辅助定位设备各自与车载探测传感器之间的距离信息以及两个辅助定位设备各自与车载探测传感器的连线相对于经过车载探测传感器的同一条基准方向线的夹角信息，将获得的信息递给车载导航系统。
在计算两个辅助定位设备各自与车载探测传感器的连线相对于经过车载探测传感器的同一条基准方向线的夹角时，可以采用如下方法：将光源设置在车载探测传感器上，光源绕固定轴线在水平面内沿顺时针方向旋转；光源与基准方向线重合时记为0，光源从基准方向线起沿顺时针方向旋转半周以内时的角度依次记为0—180度，光源从基准方向线起沿顺时针方向旋转半周至一周时的角度依次记为-180—0度；旋转过程中，光源的光线与辅助定位设备接触时，辅助定位设备立即发出反馈信号，车载探测传感器接收到反馈信号时，利用角度传感器记下此时光源转过的角度。如此，即可得知两个辅助定位设备各自与车载探测传感器的连线相对于经过车载探测传感器的同一条基准方向线的夹角。
(4)车载导航系统接收两个辅助定位设备的编号信息，结合数据库获得两个辅助定位设备的位置坐标。车载导航系统根据两个辅助定位设备各自与车载探测传感器之间的距离、两个辅助定位设备的位置坐标和两个辅助定位设备各自与车载探测传感器的连线相对于基准方向线的角度之差，运算得出车载探测传感器的位置坐标。
在平面内，辅助定位设备a的坐标记为(x1，y1)，辅助定位设备a与车载探测传感器之间的距离记为a。辅助定位设备b的坐标记为(x2，y2)，辅助定位设备b与车载探测传感器之间的距离记为b。公式(x-x1)2+(y-y1)2＝a2与(x-x2)2+(y-y2)2＝b2结合可以推算出车载探测传感器的位置坐标(x，y)。
由公式推算出来的车载探测传感器的位置坐标(x，y)可能有两个。当推算出来的车载探测传感器的位置坐标(x，y)为两个时，通过两个不同的辅助定位设备各自与车载探测传感器的连线相对于基准方向线的角度之差，确定车载探测传感器唯一的位置坐标。
具体来说，确定车载探测传感器唯一的位置坐标，是通过判断两个不同的辅助定位设备各自与车载探测传感器的连线相对于经过车载探测传感器的同一条基准方向线的角度之差的正负，来确定的。
角度之差的计算方式和两个位置坐标(x，y)的取舍方式是事先确定好的，所有辅助定位设备设置在车辆行驶线路的同侧。
角度之差可以是两个辅助定位设备中在车辆行驶方向上靠后的辅助定位设备与车载探测传感器的连线相对于基准方向线的角度，减去靠前的辅助定位设备与车载探测传感器的连线相对于基准方向线的角度；也可以是两个辅助定位设备中在车辆行驶方向上靠前的辅助定位设备与车载探测传感器的连线相对于基准方向线的角度，减去靠后的辅助定位设备与车载探测传感器的连线相对于基准方向线的角度。角度之差的计算方式确定好之后不可随意更改。
两个位置坐标(x，y)的取舍方式在辅助定位设备设置完成之后，即可通过计算设定角度之差的正负确定所要放弃的位置坐标。
以车辆行驶正前方方向线为基准方向线；基准方向线沿顺时针方向旋转形成正角度，基准方向线沿逆时针方向旋转形成负角度。
光源从基准方向线起沿顺时针方向旋转半周以内，相当于基准方向线沿顺时针方向旋转；光源从基准方向线起沿顺时针方向旋转半周至一周，相当于基准方向线沿逆时针方向旋转。
(5)以车载探测传感器的位置坐标作为车辆的位置坐标，输出位置信息。
实施本发明的设备包括搭载所有设备的车辆、车载导航系统、车载探测传感器，具有确定坐标的辅助定位设备a、b、c...，辅助定位设备a、b、c...设置在车辆行驶线路的同一侧。
实施本发明提供的方法，在进行车辆导航定位时时，需要预先判断车载导航系统的卫星信号状态。如果卫星信号正常，则基于卫星定位系统进行位置判定，并采用差分定位的方法提高定位精度，利用卫星差分位置信息对卫星定位系统输出的结果进行修正，最后输出当前的位置信息。如果卫星信号失锁，则基于辅助定位进行位置输出。
需要说明的是：两个辅助定位设备之间的距离不宜过远，距离过远一方面会增加车载探测传感器的成本和技术难度，另一方面也容易导致定位不准。
实施例二：
如图2所示，本实施例提供一种基于辅助定位的导航定位方法。
实施例二与实施例一的区别之处在于：如果卫星信号失锁，车载导航系统先采用惯性导航系统输出的位置信息，然后执行步骤(5)对惯性导航系统输出的位置信息进行重置。
车载导航系统还包括惯性导航系统，对惯性导航系统输出的位置信息进行重置是周期性进行的。
实施本发明提供的方法，在进行车辆导航定位时时，需要预先判断车载导航系统的卫星信号状态。如果卫星信号正常，则基于卫星定位系统进行位置判定，并采用差分定位的方法提高定位精度，利用卫星差分位置信息对卫星定位系统输出的结果进行修正，最后输出当前的位置信息。
如果卫星信号失锁，则先基于惯性导航进行位置输出，但是为了提升惯性导航系统的定位精度，需要在经过一定的时间周期之后，对惯性导航输出的位置坐标进行重置，该重置的基础就是基于辅助定位设备的坐标对当前车辆坐标的一个推算，在重置之后重新进行车辆位置的积分计算，输出当前的位置信息。
当卫星信号失锁以后，惯性导航系统开始基于当前的状态对车辆位置坐标进行积分计算，并将计算结果作为车辆新的位置坐标。经过一定的时间周期后，惯性导航系统计算的累积误差逐步增大，位置的可参考性降低，此时借助车载导航系统中的数据库和车载探测传感器所探测出的信息，计算出车载探测传感器当前的位置坐标。以车载探测传感器当前的位置坐标作为车辆当前的位置坐标，对惯性导航系统输出的位置信息进行修正，并在此基础上重新进行车辆位置坐标的积分计算。该时间周期根据实际需求进行确定和调整。
以上所述，仅为本发明的一种具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。