一种确定移动载体位置信息和速度的方法及接收机的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星导航技术领域，尤其涉及一种确定移动载体位置信息和速度的方 法及接收机。
【背景技术】
[0002] 动态导航一直是导航涉及的最重大应用领域，包括机动车辆、飞机、船舶的导航。 由于卫星导航系统具有全球覆盖、终端体积小、定位精度高、使用方便等众多优势，还能比 较灵活方便地与惯性器件、地磁计等组合，解决移动载体的导航问题，所以广泛应用于移动 载体的导航之中。
[0003] -般情况下，GPS定位系统中，接收机通常需要获取至少四颗卫星的观测信息来完 成对移动载体的定位。在可视情况较差的情况下，接收机如果没有获取到足够的观测信息， 则需要对移动载体的运动状态进行预测。
[0004] 目前，卫星导航定位应用领域中，以移动载体为机动车辆为例，一种预测方法是对 前多历元的数据采用多项式拟合轨迹和速度并预测机动车辆下一时刻的运动状态，然而， 在机动车辆驾驶过程中，这种预测方式与现实道路的形状以及人类本身的驾驶方式不相 符，需要采用更符合机动车辆运行轨迹的函数进行拟合。另一种预测方法是对多历元处理 的方法就是卡尔曼算法，对多历元数据差分或对拟合函数进行微分，获取机动车辆当前的 运动状态，预测和滤波下一个时刻的运动状态。然而，由于导航定位领域中的卡尔曼滤波器 均为离散型，相当于在一个历元时间内采用匀速或匀加速路线约束，如果相邻历元间隔范 围内机动车辆存在转向，卡尔曼滤波算法将获得较差的结果。
[0005] 综上，目前亟需一种确定移动载体位置信息和速度的方法来准确地预测移动载体 的运动状态。
【发明内容】
[0006] 本发明实施例提供一种确定移动载体位置信息和速度的方法及接收机，用以确定 移动载体的位置信息，完成对移动载体运动状态的预测。
[0007] 本发明实施例提供的一种确定移动载体位置信息和速度的方法，包括：
[0008] 接收机在第M历元获取N个卫星的观测信息；M、N均为大于等于1的整数；
[0009] 在N小于第一阈值的情况下，所述接收机根据与所述接收机对应的移动载体在所 述第M历元相邻的前P个历元的运动轨迹信息，确定所述移动载体在第M历元的运动轨迹 信息；
[0010] 所述接收机根据所述移动载体在所述前P个历元的速率，确定所述移动载体在第 M历元的速率；
[0011] 所述接收机根据所述移动载体在第M历元的运动轨迹信息、第M历元的速率以及 所述N个卫星的观测信息，得到所述移动载体在第M历元的位置信息和速度。
[0012] 较佳地，所述接收机根据与所述接收机对应的移动载体在所述第M历元相邻的前 P个历元的运动轨迹信息，确定所述移动载体在第M历元的运动轨迹信息，包括：
[0013] 所述接收机根据所述移动载体在所述P个历元中各个历元的速度，确定所述移动 载体在所述P个历元中各个历元的转角，进而确定所述P个历元的转角和；
[0014] 若所述P个历元的转角和小于等于第二阈值，则确定所述移动载体的运动轨迹为 直线；若所述P个历元的转角和大于第二阈值，则确定所述移动载体的运动轨迹为弧线。
[0015] 较佳地，所述接收机确定所述P个历元的转角和大于第二阈值，则确定所述移动 载体的运动轨迹为弧线，包括：
[0016] 所述接收机获取第M-P-I历元至第M-I历元中各个历元对应的转角和；其中，一个 历元对应的转角和是指第1历元至该历元中的各个历元的转角之和；
[0017] 若从第M-P-I历元对应的转角和至第M-I历元对应的转角和呈现减少的状态，则 确定所述移动载体的运动轨迹为沿第一方向的弧线；
[0018] 若从第M-P-I历元对应的转角和至第M-I历元对应的转角和呈现增加的状态，则 确定所述移动载体的运动轨迹为沿第二方向的弧线。
[0019] 较佳地，所述接收机根据所述移动载体在所述P个历元中各个历元的速度，确定 所述移动载体在所述P个历元中各个历元的转角，包括：
[0020] 所述接收机通过以下方式确定所述P个历元中的第i历元的转角：
[0022] 其中，0为所述第i历元的转角；V1表示第i历元的速度，V 1+1表示第i+1历元的 速度。
[0023] 较佳地，所述接收机根据所述移动载体在第M历元的运动轨迹信息、第M历元的速 率以及所述N个卫星的观测信息，得到所述移动载体在第M历元的位置信息和速度，包括：
[0024] 所述接收机根据获取到的N个卫星的观测信息，得到N个导航定位方程式；
[0025] 所述接收机根据所述移动载体在第M历元的运动轨迹信息和所述第M历元的速 率，得到预测定位方程式；
[0026] 所述接收机将所述N个导航定位方程式和预测定位方程式进行结合，得到所述移 动载体在第M历元的位置信息和速度。
[0027] 较佳地，所述接收机将所述N个导航定位方程式和所述预测定位方程式进行结 合，得到所述移动载体在第M历元的位置信息和速度，包括：
[0028] 所述接收机将所述预测定位方程式和所述N个导航定位方程式进行结合，得到的 观测方程如下：
[0030] 其中，GT = b+ e i是根据所述N个导航定位方程式得到的，T为卫星导航设定的参 数，G为所述卫星导航设定的参数的系数矩阵，b是线性化后的残差，e i表示导航定位方程 式的误差；
[0031] Sm= f(SMP 丨，? ? ?，Sm 丨，g(|V|MP 丨，? ? ?，|VM」，A t), A t)+ e 3 为所述预测定位方程 式，Sm为第M历元对应的位置信息和速度；Smp i为第M-P-I历元对应的位置信息和速度；Sm : 为第M-I历元对应的位置信息和速度；A t为相邻历元的时间间隔，e 3为路程轨迹方程的 误差，g(|v|MP1，...，|vM1|，At)表示速率变化函数，f(s MP1，...，sM1，g(|v|MP1，...，|vM1 ，At)，At)表示根据第M历元的运动轨迹信息得到的预测函数；
[0032] 所述接收机通过求解所述观测方程，得到所述移动载体在第M历元的位置信息和 速度。
[0033] 本发明实施例提供一种接收机，包括：
[0034] 获取观测信息模块，用于在第M历元获取N个卫星的观测信息；M、N均为大于等于 1的整数；
[0035] 确定运动轨迹信息模块，用于在N小于第一阈值的情况下，根据与所述接收机对 应的移动载体在所述第M历元相邻的前P个历元的运动轨迹信息，确定所述移动载体在第 M历元的运动轨迹信息；
[0036] 确定速率模块，用于根据所述移动载体在所述前P个历元的速率，确定所述移动 载体在第M历元的速率；
[0037] 预测位置信息和速度模块，用于根据所述移动载体在第M历元的运动轨迹信息、 第M历元的速率以及所述N个卫星的观测信息，得到所述移动载体在第M历元的位置信息 和速度。
[0038] 较佳地，所述确定运动轨迹信息模块具体用于：
[0039] 根据所述移动载体在所述P个历元中各个历元的速度，确定所述移动载体在所述 P个历元中各个历元的转角，进而确定所述P个历元的转角和；
[0040] 若所述P个历元的转角和小于等于第二阈值，则确定所述移动载体的运动轨迹为 直线；若所述P个历元的转角和大于第二阈值，则确定所述移动载体的运动轨迹为弧线。
[0041] 较佳地，所述确定运动轨迹信息模块具体用于：
[0042] 获取第M-P-I历元至第M-I历元中各个历元对应的转角和；其中，一个历元对应的 转角和是指第1历元至该历元中的各个历元的转角之和；
[0043] 若从第M-P-I历元对应的转角和至第M-I历元对应的转角和呈现减少的状态，则 确定所述移动载体的运动轨迹为沿第一方向的弧线；
[0044] 若从第M-P-I历元对应的转角和至第M-I历元对应的转角和呈现增加的状态，则 确定所述移动载体的运动轨迹为沿第二方向的弧线。
[0045] 较佳地，所述确定运动轨迹信息模块具体用于：
[0046] 通过以下方式确定所述P个历元中的第i历元的转角：
[0048] 其中，0为所述第i历元的转角；V1表示第i历元的速度，V 1+1表示第i+1历元的 速度。
[0049] 较佳地，所述预测位置信息和速度模块具体用于：
[0050] 根据获取到的N个卫星的观测信息，得到N个导航定位方程式；
[0051] 根据所述移动载体在第M历元的运动轨迹信息和所述第M历元的速率，得到预测 定位方程式；
[0052] 将所述N个导航定位方程式和预测定位方程式进行结合，得到所述移动载体在第 M历元的位置信息和速度。
[0053] 较佳地，所述预测位置信息和速度模块具体用于：
[0054] 将所述预测定位方程式和所述N个导航定位方程式进行结合，得到的观测方程如 下：
[0056]其中，GT = b+ ei是根据所述N个导航定位方程式得到的，T为卫星导航设定的参 数，G为所述卫星导航设定的参数的系数矩阵，b是线性化后的残差，e i表示导航定位方程 式的误差；
[0057] Sm= f(SMP ? ? ?，Sm g(|V|MP丨，? ? ?，|VM」，A t), A t)+ e 3为所述预测定位方程 式，Sm为第M历元对应的位置信息和速度；Smp i为第M-P-I历元对应的位置信息和速度；Sm : 为第M-I历元对应的位置信息和速度；A t为相邻历元的时间间隔，e 3为路程轨迹方程的 误差，g(|v|MP1，...，|VM1|，At)表示速率变化函数，f(s MP1，...，sM1，g(|v|MP1，...，|vM1 ，At)，At)表示根据第M历元的运动轨迹信息得到的预测函数；
[0058] 通过求解所述观测方程，得到所述移动载体在第M历元的位置信息和速度。
[0059] 本发明的上述实施例中，接收机在第M历元获取N个卫星的观测信息，在N小于第