CN102654582A - 一种联合导航***及方法 - Google Patents

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Abstract

一种联合导航***，包含卫星定位导航单元，用于周期性输出运动物体的卫星定位导航信息；处理器单元，用于周期性处理和修正运动物体的导航信息；权重单元，用于周期性计算运动物体多种导航信息之间的权重关系；卡尔曼滤波单元，用于周期性计算运动物体导航信息，和根据权重对导航信息周期性进行整合，得到运动物体最终导航信息，所述***还包含：三轴磁强计和地图导航单元，所述三轴磁强计用于周期性测量运动物体磁场强度信息，所述地图导航单元用于建立路径规划信息。采用本发明的技术方案后，能有效提高导航***的连续定位能力，减小***的体积和功耗，并能显著提高导航的精度。

Description

一种联合导航***及方法
技术领域
本发明涉及一种导航***及方法，尤其是基于卫星导航定位***的联合导航***及方法。
背景技术
导航技术的日益发展，尤其是卫星导航定位***的出现和日趋成熟（如GPS、格洛纳斯、北斗卫星定位***等），由于其具有全球覆盖、高精度、全天候的特点，而被广泛的应用到生活的方方面面。但是由于卫星信号传播收到的影响因素非常多，尤其是地面众多的建筑物的城市环境中，很容易出现卫星信号中断的情况，使得连续定位出现了困难。
针对这个问题，目前已有众所手段来解决，例如采用惯性导航作为辅助手段，根据惯性导航常用的定位传感器，如陀螺仪、里程仪等，获取运动物体的角速度和线速度，结合初始定位信息再通过一定的航迹推算算法算出定位导航信息。然而，惯性导航存在误差积累的问题，即，随着导航时间变长，导航误差会累加，使得导航越久，导航精度越差。尽管这样，目前使用惯性导航辅助卫星导航进行联合导航的方法还是普遍采用的连续定位方法，可是，随着导航技术的普及，越来越多的导航技术是应用在如手机，导航仪等体积小，功耗要求严格的小型终端上，而由于惯性导航需要的组件以及功耗问题，使得目前没有办法在小型终端中得到很好的应用。因此，目前制约着联合导航技术往小型终端发展的主要问题是体积、功耗、导航时间越长，精度下降越厉害。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于卫星定位导航***，尤其是北斗-2代卫星定位导航***的联合导航***，能够解决单一卫星导航的稳定性，并根据地磁偏向的原理，提出使用地磁导航、地图修正等的辅助导航手段，结合卫星定位导航***的结果，能显著提高单一使用卫星定位导航***进行定位导航的稳定性和精度，且结构简单，体积小，功耗低，成本低的特点。
本发明提供一种联合导航***，包含卫星定位导航单元，用于周期性输出运动物体的卫星定位导航信息；处理器单元，用于周期性处理和修正运动物体的导航信息；权重单元，用于周期性计算运动物体多种导航信息之间的权重关系；卡尔曼滤波单元，用于周期性计算运动物体导航信息，和根据权重对导航信息周期性进行整合，得到运动物体最终导航信息，所述***还包含：三轴磁强计和地图导航单元，所述三轴磁强计用于周期性测量运动物体磁场强度信息，所述地图导航单元用于建立运动物体起点和终点的路径规划信息。
更进一步，所述处理器单元包括误差修正单元和磁强导航解算单元，所述误差修正单元用于修正所述三轴磁强计获得的初始定位信息，所述磁强导航解算单元用于根据所述三轴磁强计输出信息计算地磁导航信息。
更进一步，所述误差修正单元根据卫星定位导航单元接收不到卫星信号时触发修正操作。
更进一步，所述误差修正单元根据所述地磁导航信息偏离所述路径规划信息预设阈值时触发修正操作。
更进一步，所述地磁导航信息偏离所述路径规划信息预设阈值是指以该时刻路径规划信息点为圆心，以15米为半径的圆形，如果地磁导航信息点不在该圆形内，即超出预设阈值。
更进一步，所述误差修正单元触发后，根据路径规划信息点产生初始导航信息，并更新原来的初始导航信息。
更进一步，所述卫星定位导航***输出导航信息，经过所述卡尔曼滤波单元，周期性输出到所述磁强导航解算单元，作为初始定位信息。
更进一步，所述权重单元耦合与卫星定位导航单元，用于计算所述卫星定位导航信息的权重，和地磁导航信息的权重。
更进一步，所述卫星定位导航单元是指北斗-2代卫星定位导航单元。
本发明还提供一种联合导航方法，所述方法包括：
步骤一，终端的卫星定位单元进行定位，输出定位导航信息；终端的地图导航软件根据起点和终点建立路径规划信息；
步骤二，终端的三轴磁强计输出测量值，结合外部输入的初始导航信息解算和输出地磁导航信息；
步骤三，卫星定位单元判断卫星信号是否消失，和/或所述地磁导航信息是否偏离所述路径规划信息，是，则根据路径规划信息点产生新的初始导航信息，跳转到步骤二；否，则跳转到步骤四；
步骤四，所述卫星定位单元输出的所述定位导航信息，与所述地磁导航信息根据权重进行整合，得到最终的导航信息
采用本发明的技术方案后，能有效提高导航***的连续定位能力，减小***的体积和功耗，并能显著提高导航的精度。
 
附图说明
图1是本发明实施例的联合定位导航***示意图；
图2是本发明实施例的联合定位流程示意图。
 
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
附图1是本发明实施例的联合定位导航***示意图。在本实施例中，联合导航***包括三轴磁强计，能够测量到地磁场强度三分量数据，输入到处理器单元103，处理器单元103包含误差修正单元104，用于接收地图导航单元102反馈出来的误差修正信息，且地图导航单元102能够根据导航起点和终点建立路径规划信息，处理器单元103还包含磁强导航解算单元，用于接收外部输入的初始定位信息或误差修正单元传输过来的误差修正信息，解算三轴磁强计101传输过来的数据，得到地磁导航解。卫星定位导航单元输出导航信息，经过卡尔曼滤波单元107过滤掉导航信息中的噪声，并输出到磁强导航解算单元105作为起始定位信息，另外权重单元108计算卫星定位导航解和地磁导航解的权重，并在卡尔曼滤波单元109中，根据权重单元108算得的卫星定位导航解和地磁导航解的权重对卫星定位导航信息和地磁导航信息进行整合，输出最终的联合导航结果。
权重模块108用于计算卫星定位导航解和地磁导航解的权重，根据卫星定位导航单元106接收到卫星信号的位置精度衰减因子（Position Dilution Of Precision，PDOP）的之来确定，公式（1）是确定规则的一个实施例：
Figure 2012101094882100002DEST_PATH_IMAGE001
（1）
公式（1）中，U1表示卫星定位导航解的权重值，U2表示地磁导航解的权重值，PDOP是卫星定位单元定位后结算出来的位置精度衰减因子。
附图2是本发明实施例的联合定位流程示意图。在本实施例中，卫星定位导航单元106接收卫星并开始定位，并将定位信息作为初始定位信息发送到三轴磁强计，同时，地图导航单元102根据起点和终点建立路径规划信息点。三轴磁强计输出测量值，并经过计算得到地磁导航解，输出地磁导航信息，由于地磁导航解的误差是会积累的，因此，地磁 导航信息会随着时间变长而变得不准，当地磁导航信息偏离路径规划信息到达预定的阈值，例如，以该时刻路径规划信息点为圆心，以15米为半径的圆形，如果地磁导航信息点不在该圆形内，即为达到预定阈值；同时，由于卫星信号会由于地面障碍物遮挡或卫星分布、卫星健康状况等原因而出现在该时刻或该地点卫星信号消失或信号弱的情况；如果上述两种情况都出现或者出现其中一种，那么***会根据预先设定好的路径规划信息点产生初始定位信息，即，用该时刻的路径规划信息点为初始定位信息，并将该初始定位信息更新到三轴磁强计中，作为新的初始定位信息，从而修正地磁导航信息精度。如果上述两种情况均为否，则各自都输出其定位导航信息，***根据权重整合卫星定位导航信息和地磁导航信息，输出更高定位精度的导航信息。
以上实施例所述的卫星定位导航单元可以是GPS，北斗-2代，伽利略和格洛纳斯等卫星定位导航单元。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种联合导航***，包含卫星定位导航单元，用于周期性输出运动物体的卫星定位导航信息；处理器单元，用于周期性处理和修正运动物体的导航信息；权重单元，用于周期性计算运动物体多种导航信息之间的权重关系；卡尔曼滤波单元，用于周期性计算运动物体导航信息，和根据权重对导航信息周期性进行整合，得到运动物体最终导航信息，其特征在于，所述***还包含：三轴磁强计和地图导航单元，所述三轴磁强计用于周期性测量运动物体磁场强度信息，所述地图导航单元用于建立运动物体起点和终点的路径规划信息。
2.根据权利要求1所述的联合导航***，其特征在于，所述处理器单元包括误差修正单元和磁强导航解算单元，所述误差修正单元用于修正所述三轴磁强计获得的初始定位信息，所述磁强导航解算单元用于根据所述三轴磁强计输出信息计算地磁导航信息。
3.根据权利要求1和2所述的联合导航***，其特征在于，所述误差修正单元根据卫星定位导航单元接收不到卫星信号时触发修正操作。
4.根据权利要求1和2所述的联合导航***，其特征在于，所述误差修正单元根据所述地磁导航信息偏离所述路径规划信息预设阈值时触发修正操作。
5.根据权利要求1，2，4所述的联合导航***，其特征在于，所述地磁导航信息偏离所述路径规划信息预设阈值是指以该时刻路径规划信息点为圆心，以15米为半径的圆形，如果地磁导航信息点不在该圆形内，即超出预设阈值。
6.根据权利要求1至5所述的联合导航***，其特征在于，所述误差修正单元触发后，根据路径规划信息点产生初始导航信息，并更新原来的初始导航信息。
7.根据权利要求1所述的联合导航***，其特征在于，所述卫星定位导航***输出导航信息，经过所述卡尔曼滤波单元，周期性输出到所述磁强导航解算单元，作为初始定位信息。
8.根据权利要求1所述的联合导航***，其特征在于，所述权重单元耦合于卫星定位导航单元，用于计算所述卫星定位导航信息的权重，和地磁导航信息的权重。
9.根据权利要求1至8所述的联合导航***，其特征在于，所述卫星定位导航单元是指北斗-2代卫星定位导航单元。
10.一种联合导航方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一，终端的卫星定位单元进行定位，输出定位导航信息；终端的地图导航软件根据起点和终点建立路径规划信息；
步骤二，终端的三轴磁强计输出测量值，结合外部输入的初始导航信息解算和输出地磁导航信息；
步骤三，卫星定位单元判断卫星信号是否消失，和/或所述地磁导航信息是否偏离所述路径规划信息，是，则根据路径规划信息点产生新的初始导航信息，跳转到步骤二；否，则跳转到步骤四；
步骤四，所述卫星定位单元输出的所述定位导航信息，与所述地磁导航信息根据权重进行整合，得到最终的导航信息。
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