CN101936737B - 惯性导航***以及导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种惯性导航***和导航方法。惯性导航***包括：根据移动对象的运动信息计算移动对象的位置和方向的轨迹运算器；耦合于轨迹运算器的误差修正单元，根据道路参考信息修正移动对象的位置和方向，其中误差修正单元包括用于基于运动信息计算移动对象的转向角的转向角运算器，以及耦合于转向角运算器的控制器，用于根据移动对象的转向角、移动对象的位置和方向及道路参考信息，指示轨迹运算器修正移动对象的位置和方向；以及耦合于误差修正单元的存储单元，用于存储道路网的地理信息，并根据道路网的地理信息提供道路参考信息。本发明可以根据导航地图修正导航定位信息的误差，从而进一步提高惯性导航***的定位精度和可靠性。

Description

惯性导航***以及导航方法

技术领域

本发明是关于导航技术，尤其是关于一种惯性导航***以及导航方法。 

背景技术

作为导航***中的一种，惯性导航***包括一个运算器和多个运动感应器，用于持续地计算移动对象的位置、方向角、速度以及其他定位信息。惯性导航***或同类设备也可被称为惯性引导***、惯性参考平台等。 

当惯性导航***启动时，由外界(例如，人工或GPS接收机等)输入初始导航信息(例如，移动对象的初始位置和方向)，随后将由运动感应器测量到的移动对象的运动信息(例如，线速度和角速度)累加至初始导航信息，通过计算获得更新的移动对象的导航信息。然而，运动感应器(例如，陀螺仪和加速度器)的精度误差和测量误差在计算过程中会逐渐累计。当经过一段相对较长的时间后，累计误差将导致由惯性导航***计算出的运动轨迹与移动对象的真实运动轨迹之间的相对较大而无法被忽视的偏差。 

如图1所示为现有技术的惯性导航***由于累计误差而导致定位偏差的示意图100。线路102表示由惯性导航***计算得到的移动对象的轨迹线路。线路104表示移动对象的真实轨迹线路。 

现有技术的惯性导航***的运算器可以根据测量到的移动对象的线速度和角速度等运动信息计算移动对象的运动轨迹。由于运动感应器的精度误差和测量误差，由运动感应器测量到的线速度和角速度可能与运动物体的真实线速度和角速度存在偏差。因此，当移动对象由东向西直线行驶，并且在十字路口 北向转弯时，如果测量到的线速度大于移动对象的真实线速度，那么相对于真实轨迹线路104，计算得到的轨迹线路102会向西偏移。此外，如果测量到的角速度小于移动对象的真实角速度，那么相对于真实轨迹线路104，计算得到的轨迹线路102的方向会逆时针偏移角度θ。 

因此，现有技术的惯性导航***计算得到的轨迹线路102与运动物体的真实轨迹线路104之间存在的差异会影响导航***的性能。 

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一个惯性导航***，可以持续地修正导航定位信息的误差，从而提高导航***的定位精度和可靠性。 

为解决上述技术问题，本发明提供了一种惯性导航***，可以根据导航地图修正导航定位信息的误差。该惯性导航***包括：用于根据移动对象的运动信息计算移动对象的位置和方向的轨迹运算器；耦合于轨迹运算器的误差修正单元，可根据道路参考信息修正移动对象的位置和方向，其中误差修正单元包括用于基于运动信息计算移动对象的转向角的转向角运算器，以及耦合于转向角运算器的控制器，用于根据移动对象的转向角、移动对象的位置和方向及道路参考信息，指示轨迹运算器修正移动对象的位置和方向；以及耦合于误差修正单元的存储单元，用于存储道路网的地理信息，并根据道路网的地理信息提供道路参考信息。 

本发明还提供了一种惯性导航方法，包括如下步骤：首先，根据移动对象的运动信息计算该移动对象的位置和方向；随后，根据道路参考信息对移动对象的位置和方向进行误差修正，其包括由转向角运算器根据运动信息计算移动对象的转向角，然后由耦合于该转向角运算器的控制器根据移动对象的转向角、 移动对象的位置和方向以及道路参考信息，指示轨迹运算器修正移动对象的位置和方向；最后，根据存储于存储单元的道路网的地理信息提供道路参考信息。 

与现有技术相比，本发明提供了一种惯性导航***以及导航方法，可以根据导航地图修正导航定位信息的误差，从而进一步提高惯性导航***的定位精度和可靠性。 

附图说明

以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的描述，以使本发明的特征和优点更为明显。其中： 

图1所示为现有技术的惯性导航***由于累计误差而导致定位偏差的示意图； 

图2所示为根据本发明的一个实施例的基于导航地图进行误差修正的惯性导航***的结构框图； 

图3所示为根据本发明的一个实施例的基于导航地图进行误差修正的惯性导航***的示意性结构框图； 

图4所示为根据本发明的一个实施例的基于导航地图修正所计算得到的移动对象的位置的示意图； 

图5所示为根据本发明的一个实施例的基于导航地图修正所计算得到的移动对象的方向的示意图； 

图6所示为根据本发明的一个实施例的基于导航地图修正所计算得到的移动对象的位置的示意图； 

图7所示为根据本发明的一个实施例的由惯性导航***所执行的根据导航地图修正误差的方法流程图； 

图8所示为根据本发明的一个实施例的基于导航地图修正由惯性导航***产生的导航信息的方法流程图。 

具体实施方式

以下将对本发明的实施例给出详细的说明。虽然本发明将结合实施例进行阐述，但应理解为这并非意指将本发明限定于 这些实施例。相反，本发明旨在涵盖由所附权利要求所界定的本发明精神和范围内所定义的各种可选项、可修改项和等同项。 

此外，在以下对本发明的详细描述中，为了提供针对本发明的完全的理解，阐明了大量的具体细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外的一些实例中，对于大家熟知的方案、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。 

本发明根据由导航地图指示的道路参考信息修正惯性导航***的累计误差，从而提高导航***的精确度。图2所示为根据本发明的一个实施例的基于导航地图进行误差修正的惯性导航***200的结构框图。惯性导航***200可以与其他导航***结合。例如，惯性导航***200可以与GPS***相结合追踪定位移动对象，从而提高现有导航***的精确度和性能。 

如图2所示，惯性导航***200包括多个耦合于移动对象(例如，车辆)的运动感应器，以提供移动对象的运动信息。运动感应器包括可根据车辆的输入信号测量车辆的角速度的陀螺仪202，以及可根据车辆的输入信号测量车辆的线速度的里程表204。 

惯性导航***200还包括处理器210，用于根据测量到的车辆的运动信息计算车辆的运动轨迹，并根据由地图存储单元212所提供的道路参考信息修正车辆的运动轨迹。在一个实施例中，处理器210可以根据存储于地图存储单元212的导航地图得到道路参考信息。其中，导航地图表示道路网的地理数据。在一个实施例中，导航地图中的各条道路都可以看作是具有起点和终点的线段。导航地图可指示各条道路线段的位置和方向。在处理器210中，轨迹运算器208可根据由陀螺仪202和里程表204分别测量到的角速度和线速度计算出车辆的运动轨迹。 

当惯性导航***200启动时，轨迹运算器208可根据测量到的车辆线速度和角速度与车辆在前一时刻的位置和方向累加，通过周期性地计算得到并更新车辆的当前位置和方向。 

在一个实施例中，惯性导航***200采用世界大地测量***(World Geodetic System，WGS)。WGS是一个用于导航定位的标准规范，其定义了地球的标准坐标系。在地球的标准坐标系中，车辆的位置由经度分量和纬度分量组成。通过更新经度分量和纬度分量，即可更新车辆的具***置。根据如下等式(1)可得到更新的车辆位置的经度分量和纬度分量： 

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{newLon}=\mathrm{oldLon}+V_E*T/(R*\cos \left(\mathrm{oldLon}\right))\\ \mathrm{newLat}=\mathrm{oldLat}+V_N*T*R\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，newLon表示车辆当前位置的经度分量；newLat表示车辆当前位置的纬度分量；oldLon表示车辆前一时刻位置的经度分量；oldLat表示车辆前一时刻位置的纬度分量；V_E表示车辆线速度的东向分量；V_N表示车辆线速度的北向分量；T表示线速度V_DR的单位时间(例如，1秒)；R表示车辆前一时刻的位置离地球标准坐标系原点的距离。 

根据如下等式(2)可计算车辆的方向： 

newOri＝oldOri+V_A*T    (2) 

其中，newOri表示车辆的当前方向；oldOri表示车辆前一时刻的方向；V_A表示由陀螺仪202测量到的车辆当前的角速度；T表示车辆角速度的单位时间(例如，1秒)。 

此外，当惯性导航***200启动时，可以由外界(例如，人工或GPS接收机等)向轨迹运算器208输入包括车辆的初始位置和初始方向等在内的初始导航信息。轨迹运算器208可以将测量到的车辆线速度和角速度以及初始导航信息累加，通过计算得到第一时刻车辆的位置和方向。 

由此，轨迹运算器208可以通过周期性地更新车辆的位置和方向从而确定车辆的运动轨迹，并将车辆的运动轨迹发送至显示屏214。同时，显示屏214还可从地图存储单元212中获得导航地图，将车辆的运动轨迹与导航地图相匹配，并在显示屏214上结合导航地图显示车辆的运动轨迹。 

处理器210还包括误差修正单元206，用于根据存储于地图存储单元212的导航地图对由轨迹运算器208计算得到的车辆位置和方向进行误差修正。在一个实施例中，当车辆在路口处转弯或在道路上直行时，误差修正单元206可以修正车辆的位置和方向。为了监视车辆的在路口处转弯或者在道路上直行等运行状态，误差修正单元206可以根据陀螺仪202测量到的车辆角速度周期性地计算得到车辆的转向角。车辆的转向角表示当前时刻的车辆方向角与一个预设时间段(例如，5秒)之前的车辆方向角之间的差值。 

如果车辆的转向角在一个预定范围内(例如，从60度到120度之间)，误差修正单元206即可认为车辆正在路口处拐弯。如果车辆的转向角小于一个预设值(例如，20度)，误差修正单元206即可认为车辆正在道路上直行。 

请同时参阅图4，如果车辆在路口C₁转向道路R₂，误差修正单元206将计算并记录车辆在路口C₁处的位置，并获取地图存储单元212中的导航地图得到路口C₁的参考位置。随后，如果车辆继续在道路R₂上直行，误差修正单元206将车辆在路口C₁处计算得到的位置和路口C₁的参考位置进行比较。如果车辆在路口C₁处计算得到的位置和路口C₁的参考位置之间的差值大于一个预定阈值P_THR，误差修正单元206即可指示轨迹运算器208根据导航地图修正计算得到的车辆的当前位置。 

请同时参阅图5，如果车辆在道路R₁上直行，误差修正单元 206可以从轨迹运算器208计算并获得车辆的当前方向，并获取地图存储单元212中的导航地图得到道路R₁的参考方向。随后，误差修正单元206将车辆计算获得的当前方向和道路R₁的参考方向进行比较。如果车辆计算获得的当前方向和道路R₁的参考方向之间的差值大于一个预定阈值O_THR，误差修正单元206即可指示轨迹运算器208根据导航地图修正计算得到的车辆的当前方向。 

此外，请同时参阅图6，如果车辆在道路R₁上直行，并且车辆的当前方向与道路R₁的参考方向间的差值小于预定阈值O_THR，误差修正单元206可以周期性地计算获得车辆的当前位置与目标道路R₁的参考路线之间的垂直距离。如前所述，导航地图中显示的各条道路的参考路线都可被视为具有起点和终点的线段。如果计算获得的车辆的当前位置与目标道路R₁的参考路线之间的垂直距离大于一个预设阈值D_THR，误差修正单元206即可指示轨迹运算器208将计算获得的车辆的当前位置修正至目标道路R₁的参考路线上的对应位置。 

由此，轨迹运算器208可以基于修正后的位置和方向计算车辆的下一个位置和方向。 

图3所示为根据本发明的一个实施例的基于导航地图进行误差修正的惯性导航***300的示意性结构框图。与图2中标记相同的单元具有相似的功能，为了简明起见，在此将不对其进行重复性描述。图3将结合图2进行描述。 

在误差修正单元206中，转向角运算器302可用于根据陀螺仪202测量到的角速度周期性地计算移动对象(例如，车辆)的转向角。控制器304可根据车辆的转向角监视车辆的运行状态，并根据车辆相应的运行状态控制轨迹运算器208修正计算得到的车辆位置和方向。车辆的运行状态包括在路口处转弯和在道路 上直行。 

在操作过程中，转向角运算器302周期性地接收来自陀螺仪202测量到的角速度，并根据角速度计算车辆的转向角。更确切地说，陀螺仪202可以周期性地测量车辆的角速度并将角速度发送至转向角运算器302。转向角运算器302可以依照陀螺仪202的发送顺序将一定数量的角速度值存储在一个存储单元(未显示)中。转向角运算器302可以根据如下等式(3)计算得到车辆的当前转向角： 

θ＝V_A1*T₁+V_A2*T₂+V_A3*T₃+...+V_An*T_n    (3) 

其中，θ表示车辆的转向角；V_A1、V_A2...和V_An表示顺序存储于存储单元中的车辆角速度；T₁、T₂...和T_n表示测量的角速度值V_A1、V_A2...和V_An间的时间间隔。其中，角速度值V_A1、V_A2...和V_An是顺序测量得到的。 

举例而言，陀螺仪202每秒钟测量一次车辆的角速度。转向角运算器302按顺序将由陀螺仪202发出的5个角速度V_A1、V_A2、V_A3、V_A4和V_A5存入存储单元中。随后，可以根据如下等式(4)计算得到车辆的转向角： 

θ＝V_A1+V_A2+V_A3+V_A4+V_A5    (4) 

计算得到车辆的转向角之后，转向角运算器302可以根据新的一组车辆角速度值继续计算车辆的下一个转向角。为了得到新的一组角速度值，转向角运算器302将从存储单元中删除最早测量到的角速度值(例如，如上所述角速度V_A1)，并将当前测量到的最新角速度值V_A(N+1)按顺序存入存储单元中。这样，下一个转向角即可基于新的一组角速度值V_A2、V_A3、V_A4...和V_A(N+1)根据等式(3)进行计算。 

在一个实施例中，转向角运算器302周期性地将车辆角速度发送至控制器304。控制器304可以根据车辆转向角确定在某一 时间段内车辆是否在路口处转弯或是在道路上直行。如果车辆转向角落入预设范围内(例如，从60度到120度)，控制器304可判断车辆在路口处转弯。如果车辆转向角小于一个预设值(例如，20度)，控制器304可判断车辆在道路上直行。 

根据车辆相应的运行状态，控制器304可以从轨迹运算器208获取计算得到的车辆位置和方向。控制器304也可以根据存储于地图存储单元212中的导航地图获得相应的道路参考位置和方向。随后，控制器304即可将计算得到的车辆位置和方向与相应的道路参考位置和方向进行比较，并根据比较结果指示轨迹运算器208修正计算得到的车辆位置和方向。 

图4所示为根据本发明的一个实施例的基于导航地图修正所计算得到的移动对象的位置的示意图400。图4将结合图2和图3进行描述。 

如图4所示，线段402和线段406表示由惯性导航***200中的轨迹运算器208计算得到的移动对象(例如，车辆)的运行轨迹。虚线404表示道路R₂的路线，即车辆的真实轨迹。如前所述，存储于地图存储单元212的导航地图上的道路，可以视为具有起点和终点的线段。 

当车辆在道路R₁上从东向西行驶，并在转角C₁处北向转至道路R₂。随后，车辆在道路R₂上直行。当车辆在转角C₁处转弯后，如果由里程表204测量到的车辆线速度大于车辆的真实线速度，那么相对于代表车辆的真实轨迹404，由轨迹运算器208计算得到的车辆运动轨迹402可能会西向偏移。 

为了减小计算得到的车辆运动轨迹402的位置偏移，误差修正单元206将监视车辆的运行状态。如果车辆在转角C₁处转向道路R₂，并且之后在道路R2上直行，误差修正单元206将基于存储于地图存储单元212中的导航地图修正所计算得到的车辆位 置。 

在一个实施例中，控制器304根据转向角运算器302周期性地测量到的车辆转向角判断车辆的运行状态。如果车辆在转角C₁处转向道路R₂，由转向角运算器302测量到的车辆转向角将落入一个预设范围内，例如，从60度到120度。因此，控制器304将从轨迹运算器208获取车辆在转角C₁处转弯时的位置O_V，并将其存储于一个存储单元中(未显示于图上)。控制器304也从地图存储单元212获取道路R₂的起始点的参考位置O_REF，该参考位置O_REF同时也是转角C₁的位置，并将该参考位置O_REF存储于存储单元中。 

当车辆在转角C₁处转弯后，控制器304将在一个预定时间段内持续地监视车辆的运行状态。如果在预定时间段内，由转向角运算器302测量到的车辆的转向角小于一个预设值(例如20度)，控制器304即可判断车辆在转角C₁处转向道路R₂后，在道路R₂上直行。因此，控制器304可以将先前存储于存储单元中的车辆位置O_V和参考位置O_REF进行比较。经过该预定时间段后，车辆行驶至位置P₁。 

如果车辆位置O_V和参考位置O_REF间的差值大于一个预设值，轨迹运算器208将车辆的当前位置P₁修正至车辆的真实轨迹404上的位置P₂。在一个实施例中，轨迹运算器208可计算位置P₁与位置O_V间的距离。随后，由于位置P₂和位置O_REF间的距离应与位置P₁和位置O_V间的距离相同，从而确定P₂在车辆的真实轨迹404上的位置。轨迹运算器208即可基于修正后的位置P₂更新计算得到的车辆的运行轨迹406。由此，即使里程表204存在累计误差，也可以根据导航地图修正计算得到的车辆的运行轨迹。 

如果在这段预定时间段内，由转向角运算器302测量到的车 辆的任意一个转向角大于预设值(例如，20度)，控制器304可认为当车辆在转角C₁处转弯后，在预定时间段内，没有在道路R₂上保持直线行驶状态。因此，控制器304从存储单元中删除所记录的车辆位置O_V和参考位置O_REF。控制器304持续地监视车辆的运行状态。当车辆在另一个转角处转弯并直行一段时间，由轨迹运算器208计算得到的车辆位置即可被修正。 

图5所示为根据本发明的一个实施例的基于导航地图修正所计算得到的移动对象的方向的示意图500。图5将结合图2和图3进行描述。 

如图5所示，线段502和506表示由轨迹运算器208计算得到的车辆运行轨迹。虚线504表示道路R₁的路线，即车辆的真实运行轨迹。当车辆在道路R₁上直线行驶时，陀螺仪202的累计误差将导致计算得到的运行轨迹502与车辆的真实运行轨迹504相比，存在方向偏移。 

为了减小计算得到的运行轨迹502的方向偏移量，当车辆在道路R₁上直线行驶时，误差修正单元206将基于存储于地图存储单元212内的导航地图修正所计算得到的车辆方向。 

在一个实施例中，控制器304根据由转向角运算器302周期性地测量到的车辆转向角判断车辆的运行状态。在一个实施例中，控制器304从车辆在位置O_V时开始监视车辆的运行状态。如果在预定时间段内，由转向角运算器302计算得到的车辆转向角都小于一个预设值(例如，20度)，控制器304即可认为车辆在道路R₁上直线行驶。此时，控制器304从轨迹运算器208处获取计算得到的车辆方向，并从地图存储单元212获取车辆的真实运行轨迹504的参考方向。随后，控制器304将计算得到的车辆方向和车辆的真实运行轨迹504的参考方向进行比较。经过预定时间段之后，车辆到达位置P₁。 

如果计算得到的车辆的运动方向和车辆的真实运行轨迹504的参考方向之间的差值θ大于一个预设阈值O_THR，轨迹运算器208将计算得到的车辆的当前方向修正为道路的参考方向。轨迹运算器208将基于修正后的方向自位置P₁开始更新计算得到的车辆的运动轨迹506。由此，即使陀螺仪202存在累计误差，也可以基于导航地图修正计算得到的车辆的运行轨迹。 

图6所示为根据本发明的一个实施例的基于导航地图修正所计算得到的移动对象的位置的示意图600。图6将结合图2和图3进行描述。 

如图6所示，线段602、606和608表示由轨迹运算器208计算得到的车辆的运行轨迹。虚线604表示道路R₁的路线，即车辆的真实运行轨迹。当车辆在道路R₁上直行时，计算得到的车辆的运行轨迹602和车辆的真实运行轨迹604之间的方向差值可能小于上述预设值O_THR，因此无须修正计算得到的车辆的运行轨迹602的方向。然而，该方向差值可能导致计算得到的车辆的运行轨迹602与车辆的真实运行轨迹604逐渐偏离。如果计算得到的车辆的运行轨迹602与车辆的真实运行轨迹604之间的方向差值大于某个阈值，将会对***200的定位精确度造成影响。 

为了减小计算得到的车辆的运行轨迹602相对于车辆的真实运行轨迹604的位置偏移，当车辆在道路R₂上直线行驶时，误差修正单元206可以基于存储于地图存储单元212中的导航地图修正所计算的车辆位置。 

控制器304根据由转向角运算器302周期性地测量到的车辆转向角判断车辆的运行状态。在一个实施例中，控制器304从车辆在位置O_V时开始监视车辆的运行状态。如果在预定时间段内，由转向角运算器302计算得到的车辆转向角都小于一个预设值(例如，20度)，控制器304即可认为车辆在道路R₁上直线行驶。 

此后，控制器304将从轨迹运算器208处周期性地获取计算得到的车辆位置，并计算由车辆位置到车辆的真实运行轨迹604的垂直距离。当垂直距离D₁大于一个预设阈值D_THR时，此时车辆运行至位置P₁，轨迹运算器208将计算得到的车辆的当前位置P₁修正至车辆的真实运行轨迹604上的位置P₂处。位置P₁与位置P₂之间的连线垂直于车辆的真实运行轨迹604。 

轨迹运算器208将基于修正后的位置P₂计算并更新车辆的运行轨迹606。控制器304将继续从轨迹运算器208处周期性地获取计算得到的车辆位置，并计算由车辆位置到车辆的真实运行轨迹604的垂直距离。一旦计算得到的由车辆的运行轨迹606上的位置P₃到车辆的真实运行轨迹604的垂直距离大于预设阈值D_THR，轨迹运算器208将计算得到的车辆的当前位置P₃修正至车辆的真实运行轨迹604上的位置P₄。位置P₃与位置P₄间的连线垂直于车辆的真实运行轨迹604。由此可见，即使计算得到的车辆的运行轨迹与车辆的真实运行轨迹之间的方向差值小于预设阈值O_THR，也可以根据导航地图修正车辆的运行轨迹。 

图7所示为根据本发明的一个实施例的由惯性导航***(例如，图2所示惯性导航***200)所执行的根据导航地图修正误差的方法流程图700。图7将结合图2进行描述。在方框702中，启动惯性导航***200。在方框704中，轨迹运算器208可基于移动对象的运动信息计算得到移动对象的位置和方向。在实施例中，移动对象的运动信息可包括由里程表204和陀螺仪202分别测量到的移动对象的线速度和角速度。在方框706中，可以根据地图存储单元212中存储的用于指示道路网的地理信息的导航地图，提供道路参考信息。 

在方框708中，误差修正单元206可以根据道路参考信息修正由轨迹运算器208计算得到的移动对象的位置和方向。在一个 实施例中，根据移动对象的不同运行状态，误差修正单元206将移动对象的位置和/或方向与由道路参考信息指示的参考位置和/或方向进行比较。移动对象的运行状态包括在路口处转弯和在道路上直行。随后，误差修正单元206将基于比较结果，根据导航地图修正计算得到的移动对象的位置和方向。 

在方框710中，将移动对象的位置和方向显示于显示屏214上。 

图8所示为根据本发明的一个实施例的基于导航地图修正由惯性导航***(例如，图2所示惯性导航***200)产生的导航信息的方法流程图800。图8将结合图2和图3进行描述。 

在方框802中，转向角运算器302基于移动对象的运动信息计算得到在预设时间段内移动对象的转向角θ。在一个实施例中，可以根据由陀螺仪202持续地测量得到并顺序发出的一定数量的角速度值计算转向角θ。可以根据如下等式(5)计算转向角θ： 

θ＝V_A1*T₁+V_A2*T₂+V_A3*T₃+...+V_An*T_n    (5) 

其中，θ表示移动对象的转向角；V_A1、V_A2...和V_An表示顺序存储于存储单元中的移动对象角速度值；T₁、T₂...和T_n表示测量的角速度值V_A1、V_A2...和V_An间的时间间隔。其中，角速度值V_A1、V_A2...和V_An是顺序测量得到的。 

在方框804中，如果转向角θ落入一个预设范围(θ1，θ2)内(例如，60度＜θ＜120度)，表示移动对象在路口处转向道路R₁，流程图800转向方框806。在方框806中，控制器304从轨迹运算器208获取计算得到的移动对象的当前位置P₁并将其存储于一个存储单元中。控制器304也根据存储于地图存储单元212中的导航地图获取该路口的参考位置P_REF，并将其存储于存储单元中。随后，控制器304持续地监视移动对象的运动状态。 

在方框808中，转向角运算器302计算得到当移动对象转向道路R₁后在预设时间段内移动对象的下一个转向角θ’。在方框810中，如果移动对象的下一个转向角θ’小于一个预设阈值θ_THR，表示移动对象在路口处转弯后在道路R₁上直线行驶，如方框812所示，控制器304将存储的计算得到的移动对象的当前位置P₁与由导航地图获取该路口的参考位置P_REF进行比较。 

在方框810中，如果移动对象的下一个转向角θ’不小于一个预设阈值θ_THR，表示移动对象在路口处转弯后在道路R₁上没有保持直线行驶，流程图800返回方框802。之后，控制器304将通过周期性地判断由转向角运算器302计算得到的移动对象的转向角，从而持续地监视移动对象的运行状态。 

在方框814中，如果存储的计算得到的移动对象的当前位置P₁与由导航地图获取该路口的参考位置P_REF之间的差值大于一个预定阈值P_THR，则进至方框816。在方框816中，控制器304指示轨迹运算器208将计算得到的移动对象的当前位置修正至道路R₁的参考路线上的对应位置。由此，相应地减小轨迹运算器208的位置偏移量。在方框814中，如果存储的计算得到的移动对象的当前位置P₁与由导航地图获取该路口的参考位置P_REF之间的差值不大于一个预定阈值P_THR，流程图800返回方框802。 

在方框804中，如果转向角θ没有落入一个预设范围(θ1，θ2)内，流程图800进至方框818。在方框818中对转向角θ进行判断，如果转向角θ小于一个预设阈值θ3(例如，20度)，表示移动对象在道路R₂上直线行驶，流程图800进至方框820。在方框820中，可根据由道路参考信息指示的参考方向修正由轨迹运算器208计算得到的移动对象的方向。在一个实施例中，控制器304将由轨迹运算器208计算得到的移动对象的当前方向与道路R₂的参考方向进行比较。如果移动对象的当前方向与道路参考方向之 间的差值大于一个预设阈值，控制器304将指示轨迹运算器208将移动对象的当前方向修正至道路参考方向。 

在方框822中，当车辆在道路R₂上直线行驶时，可以基于由道路参考信息指示的道路R₂的参考路线，修正由轨迹运算器208计算得到的移动对象的位置。在一个实施例中，控制器304获取由轨迹运算器208计算得到的移动对象的当前位置，并计算得到从移动对象的当前位置到道路R₂的参考路线的垂直距离。如果该垂直距离大于一个预设阈值，控制器304可指示轨迹运算器208将计算得到的移动对象的当前位置修正至道路R₂的参考路线上的对应位置。 

在方框818中，如果转向角θ不小于预设阈值θ3，流程图800返回方框802。随后，控制器304将通过周期性地判断由转向角运算器302计算得到的移动对象的转向角，从而持续地监视移动对象的运行状态。 

综上所述，本发明提供了一种基于导航地图进行误差修正的惯性导航***以及导航方法。其中，所述惯性导航***包括多个耦合于移动对象的运动感应器，用于测量移动对象的运动信息；耦合于所述运动感应器的轨迹运算器，用于根据移动对象的运动信息计算移动对象的位置和方向；耦合于轨迹运算器的误差修正单元，用于根据道路参考信息修正移动对象的位置和方向；以及耦合于误差修正单元的存储单元，用于存储道路网的地理信息，并根据道路网的地理信息提供道路参考信息。 

为了减少累计误差，当移动对象在路口处转弯时，误差修正单元可将计算得到的移动对象的位置与该路口的参考位置相比较，并针对比较结果指示轨迹运算器根据存储的道路参考信息修正计算得到的移动对象的位置。当移动对象在一条道路上直线运行时，误差修正单元可以将计算得到的移动对象的方向 与道路的参考方向相比较，并针对比较结果指示轨迹运算器将计算得到的移动对象的方向修正为道路的参考方向。此外，当移动对象在道路上直线运行时，误差修正单元也可以计算从计算得到的移动对象的位置到该道路的参考路线的垂直距离，并根据计算结果指示轨迹运算器将计算得到的移动对象的位置修正至道路参考路线上的对应参考位置。 

上文具体实施方式和附图仅为本发明的常用实施例。显然，在不脱离所附权利要求书所界定的本发明精神和保护范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露的实施例仅用于说明而非限制，本发明的范围由所附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。 

Claims (16)

1.一种惯性导航***，其特征在于，所述惯性导航***至少包括：

轨迹运算器，用于根据移动对象的运动信息计算所述移动对象的位置和方向；

耦合于所述轨迹运算器的误差修正单元，用于根据道路参考信息修正所述移动对象的所述位置和所述方向；以及

耦合于所述误差修正单元的存储单元，用于存储道路网的地理信息，并根据所述道路网的所述地理信息提供所述道路参考信息；

其中，所述误差修正单元包括：

转向角运算器，用于根据所述运动信息，计算所述移动对象的转向角；以及

耦合于所述转向角运算器的控制器，用于根据所述移动对象的所述转向角、所述移动对象的所述位置和所述方向以及所述道路参考信息，指示所述轨迹运算器修正所述移动对象的所述位置和所述方向。

2.根据权利要求1所述的惯性导航***，其特征在于，所述惯性导航***还包括：

耦合于所述移动对象的多个运动感应器，用于测量所述移动对象的所述运动信息。

3.根据权利要求2所述的惯性导航***，其特征在于，所述运动感应器进一步包括：

耦合于所述移动对象的陀螺仪，用于测量所述移动对象的角速度；以及

耦合于所述移动对象的里程表，用于测量所述移动对象的线速度。

4.根据权利要求1所述的惯性导航***，其特征在于，所述存储单元存储所述道路网的导航地图，并根据所述道路网的所述导航地图提供所述道路参考信息。

5.根据权利要求1所述的惯性导航***，其特征在于，如果所述移动对象的所述转向角在一个预设范围内，所述控制器计算所述移动对象的所述位置与由所述道路参考信息指示的参考位置之间的差值，如果所述差值大于一个预设阈值，所述控制器指示所述轨迹运算器根据所述道路参考信息修正所述移动对象的所述位置。

6.根据权利要求1所述的惯性导航***，其特征在于，如果所述移动对象的所述转向角小于一个预设阈值，所述控制器计算所述移动对象的所述方向与由所述道路参考信息指示的参考方向之间的差值，如果所述差值大于一个预设阈值，所述控制器指示所述轨迹运算器将所述移动对象的所述方向修正为所述参考方向。

7.根据权利要求1所述的惯性导航***，其特征在于，如果所述移动对象的所述转向角小于一个预设阈值，所述控制器计算从所述移动对象的所述位置到由所述道路参考信息指示的参考路线的垂直距离，如果所述垂直距离大于一个预设阈值，所述控制器指示所述轨迹运算器将所述移动对象的所述位置修正为所述参考路线上的相应位置。

8.根据权利要求1所述的惯性导航***，其特征在于，所述惯性导航***还包括显示屏，用于显示所述移动对象的所述位置和所述方向。

9.一种惯性导航方法，其特征在于，所述惯性导航方法至少包括下列步骤：

由轨迹运算器根据移动对象的运动信息计算所述移动对象的位置和方向；

由误差修正单元根据道路参考信息修正所述移动对象的所述位置和所述方向，其包括：由转向角运算器根据所述运动信息计算所述移动对象的转向角，和由耦合于所述转向角运算器的控制器根据所述移动对象的所述转向角、所述移动对象的所述位置和所述方向以及所述道路参考信息，指示所述轨迹运算器修正所述移动对象的所述位置和所述方向；以及

根据存储于存储单元的道路网的地理信息提供所述道路参考信息。

10.根据权利要求9所述的惯性导航方法，其特征在于，所述惯性导航方法还包括下列步骤：

由耦合于所述移动对象的多个运动感应器测量所述移动对象的所述运动信息。

11.根据权利要求10所述的惯性导航方法，其特征在于，所述测量所述移动对象的所述运动信息的步骤进一步包括：

由耦合于所述移动对象的陀螺仪测量所述移动对象的角速度；以及

由耦合于所述移动对象的里程表测量所述移动对象的线速度。

12.根据权利要求9所述的惯性导航方法，其特征在于，所述惯性导航方法还包括下列步骤：

将表示所述道路网的所述地理信息的导航地图存入所述存储单元中。

13.根据权利要求9所述的惯性导航方法，其特征在于，所述惯性导航方法还包括下列步骤：

如果所述移动对象的所述转向角在一个预设范围内，所述控制器计算所述移动对象的所述位置与由所述道路参考信息指示的参考位置之间的差值，如果所述差值大于一个预设阈值，所述控制器指示所述轨迹运算器依据所述道路参考信息修正所述移动对象的所述位置。

14.根据权利要求9所述的惯性导航方法，其特征在于，所述惯性导航方法还包括下列步骤：

如果所述移动对象的所述转向角小于一个预设阈值，所述控制器计算所述移动对象的所述方向与由所述道路参考信息指示的参考方向之间的差值，如果所述差值大于一个预设阈值，所述控制器指示所述轨迹运算器将所述移动对象的所述方向修正为所述参考方向。

15.根据权利要求9所述的惯性导航方法，其特征在于，所述惯性导航方法还包括下列步骤：

如果所述移动对象的所述转向角小于一个预设阈值，所述控制器计算从所述移动对象的所述位置到由所述道路参考信息指示的参考路线的垂直距离，如果所述垂直距离大于一个预设阈值，所述控制器指示所述轨迹运算器将所述移动对象的所述位置修正为所述参考路线上的相应位置。

16.根据权利要求14所述的惯性导航方法，其特征在于，所述惯性导航方法还包括下列步骤：

将所述移动对象的所述位置和所述方向显示于显示屏上。

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