多源PNT组件化弹性集成与动态调整控制方法及其系统

多源pnt组件化弹性集成与动态调整控制方法及其系统
技术领域
1.本发明涉及多源pnt信息定位导航与控制技术领域，尤其涉及一种多源pnt组件化弹性集成与动态调整控制方法及其系统。


背景技术：

2.北斗卫星导航系统已经处于规模化应用阶段，构建以北斗系统为核心的综合pnt(定位、导航和授时)体系是亟待完成的技术目标。为了落实综合pnt，2018年中科院院士杨元喜教授率先提出了弹性pnt理论框架，弹性pnt成为解决综合pnt安全可靠应用的必由之路，是国际pnt竞争的制高点。
3.世界各国都非常重视弹性pnt技术的发展，对相关的关键技术进行研究。为了满足深空、空中、近地、城市、室内、海上和水下等典型场景中载体精确、连续、可靠定位导航需求，需要国家综合pnt重大基础设施的支撑，同时也需要pnt终端系统提供精确、连续、可靠、安全的pnt服务信息，不同的应用场景中需要pnt终端具备集成不同厂商生产的不同性能的pnt传感器的能力，必然要求pnt传感器需要组件化，然而组件弹性pnt终端相关的技术框架和理论方法研究相对滞后。
4.因此，如何提供一种多源pnt组件化弹性集成与动态调整控制方法及其系统是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明通过对多物理原理pnt信源进行分类集成形成pnt组件，进而通过pnt组件可动态扩展协议及其信息动态调整控制，实现不同应用环境、不同应用载体按需集成pnt组件，提升pnt终端系统的弹性化能力。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种多源pnt组件化弹性集成与动态调整控制方法，包括以下步骤：
8.s1：将多物理原理pnt传感器信源进行分类，获得核心pnt信源和扩展pnt信源；所述核心pnt信源包括设定的基础pnt传感器信源，所述扩展pnt信源包括满足不同应用场景、不同载体连续可靠定位导航需求而接入的扩展pnt传感器信源；
9.s2：将设定的核心pnt信源一体化集成，形成核心pnt组件；将每个具备独立提供pnt能力的扩展pnt信源作为独立的扩展pnt组件；
10.s3：设计可动态扩展的pnt组件协议，用于动态接入和移出核心pnt组件和扩展pnt组件；
11.s4：对核心pnt组件和扩展pnt组件信息进行时空统一，并赋予所述核心pnt组件和扩展pnt组件信息以设定属性参数，将所述核心pnt组件和扩展pnt组件信息表达为不同属性参数下相对应的相对量数据；
12.s5：利用贝叶斯估计理论和方法实现所述核心pnt组件和扩展pnt组件信息融合和信息动态调整控制。
13.优选的，所述s1中：
14.核心pnt信源包括恒温晶振、晶振、北斗接收机芯片或模块、gnss接收机芯片或模块、惯性测量单元mimu或芯片、磁强计芯片或模块，以及气压计芯片或模块；
15.扩展pnt信源包括不同厂商生产的不同性能的能够独立提供pnt能力的pnt传感器或系统。
16.优选的，所述s3具体包括：
17.s31：设计核心pnt组件和扩展pnt组件标准化接口；
18.s32：利用标准化接口的驱动程序或接口驱动sdk实现标准化接口动态监测；
19.s33：构建pnt组件协议库，用于动态更新存储核心pnt组件协议和扩展pnt组件协议，根据实际需求动态扩展pnt组件协议。
20.优选的，所述pnt组件标准化接口包括rj45网络接口、rs232接口、rs422接口、rs485接口、usb接口、电源接口和wifi/蓝牙/4g/5g无线通信接口。
21.优选的，所述s4中：
22.所述属性参数包括时间、位置、速度、姿态、距离和角度；
23.所述相对量数据包括时间、位置、速度、姿态、距离和角度的对应数值。
24.优选的，所述s5具体包括：
25.s51：对核心pnt组件和扩展pnt组件信息进行时空基准统一和不同类型pnt信息归一化；
26.s52：基于贝叶斯估计方法进行局部优化与全局优化、局部集中滤波与分散化滤波、线性优化与非线性优化和抗差自适应滤波方法实现多源pnt信息弹性融合，并根据不同pnt组件的适用性、测量偏差和观测残差信息动态调整并控制组件pnt信息对融合导航解的贡献。
27.本发明还提供了一种根据所述的一种多源pnt组件化弹性集成与动态调整控制方法的多源pnt组件化弹性集成与动态调整控制系统，包括如下模块：
28.分类模块：用于将多物理原理pnt传感器信源进行分类，获得核心pnt信源和扩展pnt信源；所述核心pnt信源包括设定的基础pnt传感器信源，所述扩展pnt信源包括满足不同应用场景、不同载体连续可靠定位导航需求而接入的扩展pnt传感器信源；
29.集成模块：用于将设定的核心pnt信源一体化集成，形成核心pnt组件；将每个具备独立提供pnt能力的扩展pnt信源作为独立的扩展pnt组件；
30.协议构建模块：用于设计可动态扩展的pnt组件协议，用于动态接入和移出核心pnt组件和扩展pnt组件；
31.属性构建模块：用于对核心pnt组件和扩展pnt组件信息进行时空统一，并赋予所述核心pnt组件和扩展pnt组件信息以设定属性参数，将所述核心pnt组件和扩展pnt组件信息表达为不同属性参数下相对应的相对量数据；
32.融合模块：用于利用贝叶斯估计理论和方法实现所述核心pnt组件和扩展pnt组件信息融合和信息动态调整控制。
33.本发明还提供了一种终端设备，包括：存储器和处理器；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述计算机程序时实现所述的一种多源pnt组件化弹性集成与动态调整控制方法。
34.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种多源pnt组件化弹性集成与动态调整控制方法及其系统，具有以下有益效果：
35.本发明针对现有综合pnt应用终端存在架构不统一、不同厂商生产的不同性能pnt传感器弹性接入难的问题，通过对多物理原理pnt信源进行分类，形成核心pnt组件和扩展pnt组件，并设计可动态扩展的pnt组件协议实现pnt组件的弹性接入、移出和即插即用，进而对不同pnt组件信息进行时空统一，并将异构组件pnt数据表达为时间、位置、速度、姿态、距离和角度等参数和这些参数的相对量，并进行多源pnt信息弹性融合与动态调整控制，从而实现组件化pnt弹性集成导航与控制，形成组件化弹性集成导航与控制终端系统。本发明可以提高pnt终端系统的弹性化能力，实现不同应用环境不同载体可按需弹性集成不同生产厂商生产的不同性能的pnt传感器，保证载体在复杂应用环境下能够获得高连续、高可用、高可靠和高精度的pnt服务信息，从而解决现有pnt终端系统不具备弹性化能力的问题。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
37.图1为本发明提供的组件化pnt弹性集成与控制方法示意图；
38.图2为本发明提供的无人机组件化pnt弹性集成导航与控制方法与系统示意图。
具体实施方式
39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.参见图1，本发明实施例第一方面公开了一种多源pnt组件化弹性集成与动态调整控制方法，主要包括pnt组件、pnt组件接口与协议、多源pnt信息弹性融合与调整控制三个核心部分。
41.具体执行步骤包括：
42.s1：将多物理原理pnt传感器信源进行分类，获得核心pnt信源和扩展pnt信源；核心pnt信源包括设定的基础pnt传感器信源，扩展pnt信源包括满足不同应用场景、不同载体连续可靠定位导航需求而接入的扩展pnt传感器信源；
43.s2：将设定的核心pnt信源一体化集成，形成核心pnt组件；将每个具备独立提供pnt能力的扩展pnt信源作为独立的扩展pnt组件；
44.s3：设计可动态扩展的pnt组件协议，用于动态接入和移出核心pnt组件和扩展pnt组件；
45.s4：对核心pnt组件和扩展pnt组件信息进行时空统一，并赋予核心pnt组件和扩展pnt组件信息以设定属性参数，将核心pnt组件和扩展pnt组件信息表达为不同属性参数下相对应的相对量数据；
46.s5：利用贝叶斯估计理论和方法实现核心pnt组件和扩展pnt组件信息融合和信息动态调整控制。
47.本实施例中，pnt组件作为pnt弹性终端的输入，将其按可靠性、可用性和独立性进行分类，分为核心pnt组件和扩展pnt组件；pnt组件接口与协议作为传感器或系统接入终端的桥梁，需要适应不同厂商生产的不同性能的pnt传感器，而且pnt组件协议可动态扩展；多源pnt信息弹性融合与调整控制部分作为pnt终端的核心，主要是完成不同pnt组件时空信息统一与归一化、多源pnt信息弹性融合与信息调整控制。
48.在一个实施例中，s1中：
49.核心pnt信源由pnt系统必备的传感器提供，传感器呈现形态是器件、芯片和模块，对于无人机应用场景，主要传感器包括恒温晶振、晶振、mimu、北斗接收机模块、气压计模块、磁强计模块和gnss接收机模块等；
50.扩展pnt信源是为满足不同应用场景、不同载体连续可靠定位导航需求而接入的pnt传感器，传感器呈现形态是具有独立提供pnt能力的传感器或系统，参见图2，对于无人机应用场景主要包括单目/双目视觉系统、激光雷达视觉系统、高精度imu等。
51.将核心pnt信源传感器一体化集成，形成核心pnt组件；将不同厂商生产的不同性能的能够独立提供pnt信息的pnt传感器或系统作为独立的扩展pnt组件。
52.在一个实施例中，核心pnt组件的一体化集成包括：根据核心pnt信源器件和模组的体积、功耗、接口和电磁兼容性设计电路板并将pnt信源器件和模组焊接到电路板上。
53.在一个实施例中，s3中设计可动态扩展的pnt组件协议，实现核心pnt组件和扩展pnt组件的动态接入、移出和即插即用，具体包括：
54.s31：设计核心pnt组件和扩展pnt组件标准化接口；
55.s32：利用标准化接口的驱动程序或接口驱动sdk实现标准化接口动态监测；
56.s33：构建pnt组件协议库，用于动态更新存储核心pnt组件协议和扩展pnt组件协议，根据实际需求动态扩展pnt组件协议，每加入一个pnt组件，就需在pnt组件协议库中增加更新该组件的自身协议软件。不失一般性，一些常用的pnt组件协议软件可以预先放到库里。实现不同厂家生产的不同性能pnt组件动态接入、移出和即插即用。
57.需要说明的是，pnt组件协议库是由不同型号pnt组件协议软件构成，协议软件要求可添加和删除协议软件，可增加不同型号组件协议的名称，便于不同型号组件快速适配，组件协议软件都是以单独软件开发工具包sdk形式添加。
58.本实施例中，pnt组件标准化接口包括rj45网络接口、rs232接口、rs422接口、rs485接口、usb接口、电源接口和wifi/蓝牙/4g/5g无线通信接口。
59.在一个实施例中，s4中：
60.属性参数包括时间、位置、速度、姿态、距离和角度；
61.相对量数据包括时间、位置、速度、姿态、距离和角度的对应数值。
62.在一个实施例中，s5具体包括：
63.s51：对核心pnt组件和扩展pnt组件信息进行时空基准统一和不同类型pnt信息归一化；
64.s52：基于贝叶斯估计方法进行局部优化与全局优化、局部集中滤波与分散化滤波、线性优化与非线性优化和抗差自适应滤波方法实现多源pnt信息弹性融合，并根据不同
pnt组件的适用性、测量偏差和观测残差信息动态调整并控制组件pnt信息对融合导航解的贡献。
65.在本实施例中，基于贝叶斯估计方法进行局部优化与全局优化、局部集中滤波与分散化滤波、线性优化与非线性优化和抗差自适应滤波方法实现多源pnt信息弹性融合包括如下具体步骤：
66.首先，建立包含预测残差和观测残差信息的的非线性目标函数；
67.其次，对于所有pnt组件信息进行分类，对于每一类pnt组件信息既可以采用局部优化，然后再进行全局优化；也可以将将目标函数线性化后对每一类pnt组件信息进行局部集中滤波或分散化滤波，进而再进行全局滤波；还可以将目标函数线性化后，采用抗差自适应滤波，实现多源pnt信息弹性融合。
68.本实施例中，融合后pnt组件的输出结果为融合导航解，在获得融合导航解及其协方差矩阵后，根据协方差矩阵信息和pnt组件的适用性、测量偏差和观测残差动态调整观测噪声和量测噪声协方差矩阵或预测残差和观测残差协方差矩阵，以动态调整pnt组件信息对导航解的贡献。
69.需要说明的是，动态调整pnt组件信息对导航解的贡献为利用当前时刻融合导航解及其协方差矩阵，根据协方差矩阵信息和pnt组件的适用性、测量偏差和观测残差动态调整下一个时刻pnt组件信息对导航解的贡献。
70.本发明实施例第二方面公开了一种根据第一方面公开的一种多源pnt组件化弹性集成与动态调整控制方法的多源pnt组件化弹性集成与动态调整控制系统，包括如下模块：
71.分类模块：用于将多物理原理pnt传感器信源进行分类，获得核心pnt信源和扩展pnt信源；核心pnt信源包括设定的基础pnt传感器信源，扩展pnt信源包括满足不同应用场景、不同载体连续可靠定位导航需求而接入的扩展pnt传感器信源；
72.集成模块：用于将设定的核心pnt信源一体化集成，形成核心pnt组件；将每个具备独立提供pnt能力的扩展pnt信源作为独立的扩展pnt组件；
73.协议构建模块：用于设计可动态扩展的pnt组件协议，用于动态接入和移出核心pnt组件和扩展pnt组件；
74.属性构建模块：用于对核心pnt组件和扩展pnt组件信息进行时空统一，并赋予核心pnt组件和扩展pnt组件信息以设定属性参数，将核心pnt组件和扩展pnt组件信息表达为不同属性参数下相对应的相对量数据；
75.融合模块：用于利用贝叶斯估计理论和方法实现核心pnt组件和扩展pnt组件信息融合和信息动态调整控制。
76.本发明实施例第三方面还提供了一种终端设备，包括：存储器和处理器；其中，存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行计算机程序时实现第一方面的一种多源pnt组件化弹性集成与动态调整控制方法。
77.本发明针对现有pnt终端系统在复杂应用场景下无法提供连续、可用、可靠和精确的pnt信息问题，将多物理原理pnt信源进行分类并形成pnt组件，设计pnt组件接入接口和可动态扩展的pnt组件协议，实现不同厂商生产的pnt组件按需灵巧动态接入、移出和即插即用，进而通过对多源异质pnt信息进行弹性处理、弹性融合和信息调整控制，从而为载体提供高精确、高可用、高连续、高可靠的pnt信息
78.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
79.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。