CN113959438A - 一种基于多源数据融合的导航定位方法、存储介质 - Google Patents

一种基于多源数据融合的导航定位方法、存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于多源数据融合的导航定位方法、存储介质，导航定位方法包括：实时获取卫星发送的卫星导航信号以及惯导设备输出的惯导数据，将卫星导航数据以及惯导数据发送给中心处理器；中心处理器接收卫星导航数据以及惯导数据进行融合得到初始定位数据，根据初始定位数据作为基本参考数据；中心处理器实时获取地磁导航设备实时检测的地磁导航数据，将基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当认定基本参考数据为可靠数据时，则根据当前融合后得到的基本参考数据进行导航定位。本发明通过地磁导航数据对融合后的初始定位数据实施验证，不仅可以提高定位精度，同时还能增强定位***的可靠性以及鲁棒性等性能。

Description

一种基于多源数据融合的导航定位方法、存储介质
技术领域
本发明涉及导航定位技术领域，尤其涉及一种基于多源数据融合的导航定位方法、存储介质。
背景技术
随着无人机技术的广泛应用，在电力以及国防等重要领域无人机巡航技术也得到了飞速的发展，然而对于无人机应用技术来讲，其导航控制方式尤为重要。
多源融合定位技术是对全球卫星导航***的有效补充，可以在GNSS无法工作的区域提供定位与导航服务。多源融合定位是一种基于信息融合策略的技术，能够将包括卫星定位、无线通信信号定位以及传感器定位等相关定位手段进行融合，从而得到最佳的融合定位结果。多源融合定位采用数据集成技术，增加了数据的自由度；同时扩大了定位的应用范围，提高了无缝定位能力。
在多源融合定位***中，首先对融合源进行定位信息采集，然后将定位信息传输到融合中心完成进一步处理。采用有效的融合定位算法对各类融合信息源进行融合，从而得到融合定位结果，但是研究发现单一的融合源也并不能确保导航定位数据的准确性以及定位精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于多源数据融合的导航定位方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于多源数据融合的导航定位方法，所述导航定位方法包括：
实时获取卫星发送的卫星导航信号以及惯导设备输出的惯导数据，对所述卫星导航信号解析得到卫星导航数据，将所述卫星导航数据以及惯导数据发送给所述中心处理器；
中心处理器接收所述卫星导航数据以及惯导数据进行融合得到初始定位数据，根据所述初始定位数据作为基本参考数据；
中心处理器实时获取地磁导航设备实时检测的地磁导航数据，将所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当认定所述基本参考数据为可靠数据时，则根据当前融合后得到的基本参考数据进行导航定位。
优选的，作为一种可实施方案；将所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当认定所述基本参考数据为可靠数据时，则根据当前融合后得到的基本参考数据进行导航定位，具体包括如下操作步骤：
首先获取所述基本参考数据以及对应的时间戳，将对应的时间戳作为时间参考点；
获取所述地磁导航数据并且解析其对应的时间戳，获取与时间参考点同一个时刻的地磁导航数据；
将同一个时刻的所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当检测到所述基本参考数据与所述地磁导航数据之间的导航偏差小于第一偏差阈值时，则认定当前的所述基本参考数据为可靠数据；则根据当前融合后得到的基本参考数据进行导航定位。
优选的，作为一种可实施方案；在中心处理器实时获取地磁导航设备实时检测的地磁导航数据步骤执行之后，还包括如下操作步骤：
中心处理器实时获取地磁导航设备实时检测的地磁导航数据，将所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当认定所述基本参考数据为缺陷数据时，则将当前融合后得到的基本参考数据进行删除；
重新校准并初始化地磁导航设备。
优选的，作为一种可实施方案；所述将所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当认定所述基本参考数据为缺陷数据时，则将当前融合后得到的基本参考数据进行删除，具体包括如下操作步骤：
首先获取所述基本参考数据以及对应的时间戳，将对应的时间戳作为时间参考点；
获取所述地磁导航数据并且解析其对应的时间戳，获取与时间参考点同一个时刻的地磁导航数据；
将同一个时刻的所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当检测到所述基本参考数据与所述地磁导航数据之间的导航偏差大于或者等于第一偏差阈值时，则认定当前的所述基本参考数据为缺陷数据；将当前融合后得到的基本参考数据进行删除。
优选的，作为一种可实施方案；在中心处理器接收所述卫星导航数据以及惯导数据进行融合得到初始定位数据时，每间隔预设时间周期则发送一次针对卫星信号接收设备以及地磁信号接收设备的状态监测信号；当监测发现异常的状态监测信号时，则停止接收所述卫星导航数据以及惯导数据；所述预设时间周期为0.1-0.2ms。
优选的，作为一种可实施方案；所述导航偏差包括高度数据信息、经纬度信息。
优选的，作为一种可实施方案；所述卫星导航数据包括GPS卫星导航数据或是北斗卫星导航数据。
优选的，作为一种可实施方案；所述地磁导航设备包括地磁传感器。
优选的，作为一种可实施方案；所述惯导设备包括加速度计和激光陀螺仪。
相应地，本发明提供了一种存储介质，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序运行时执行基于多源数据融合的导航定位方法的步骤。
本发明实施例提供的一种基于多源数据融合的导航定位方法、存储介质至少存在如下方面的技术优势：
本发明实施例提供的一种基于多源数据融合的导航定位方法，其导航定位方法包括：
实时获取卫星发送的卫星导航信号以及惯导设备输出的惯导数据，对所述卫星导航信号解析得到卫星导航数据，将所述卫星导航数据以及惯导数据发送给所述中心处理器；中心处理器接收所述卫星导航数据以及惯导数据进行融合得到初始定位数据，根据所述初始定位数据作为基本参考数据；中心处理器实时获取地磁导航设备实时检测的地磁导航数据，将所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当认定所述基本参考数据为可靠数据时，则根据当前融合后得到的基本参考数据进行导航定位。
在具体实施过程中，中心处理器其并未单纯依靠上述的初始定位数据，而是通过相应地地磁导航数据实施了验证校检；因为该初始定位数据是通过卫星导航数据以及惯导数据进行融合得到的，所以其定位精度比较高，但是本申请实施例并不完全信任该导航定位数据，而是依靠地磁导航数据实施了验证；通过地磁导航数据对融合后的初始定位数据实施验证，不仅可以提高定位精度，同时还能增强定位***的可靠性以及鲁棒性等性能。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于多源数据融合的导航定位方法的主要流程示意图；
图2为本发明实施例提供的基于多源数据融合的导航定位方法的中的一具体操作流程示意图；
图3为本发明实施例提供的基于多源数据融合的导航定位方法的中的另一具体操作流程示意图；
图4为本发明实施例提供的基于多源数据融合的导航定位方法的中的再一具体操作流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种基于多源数据融合的导航定位方法，所述融合方法包括：
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于多源数据融合的导航定位方法，所述导航定位方法包括：
步骤S1：实时获取卫星发送的卫星导航信号以及惯导设备输出的惯导数据，对所述卫星导航信号解析得到卫星导航数据，将所述卫星导航数据以及惯导数据发送给所述中心处理器；
步骤S2：中心处理器接收所述卫星导航数据以及惯导数据进行融合得到初始定位数据，根据所述初始定位数据作为基本参考数据；
步骤S3：中心处理器实时获取地磁导航设备实时检测的地磁导航数据，将所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当认定所述基本参考数据为可靠数据时，则根据当前融合后得到的基本参考数据进行导航定位。
分析上述基于多源数据融合的导航定位方法的主要技术方案可知，该导航定位方法主要包如下技术操作：实时获取卫星发送的卫星导航信号以及惯导设备输出的惯导数据，对所述卫星导航信号解析得到卫星导航数据，将所述卫星导航数据以及惯导数据发送给所述中心处理器；中心处理器接收所述卫星导航数据以及惯导数据进行融合得到初始定位数据，根据所述初始定位数据作为基本参考数据；中心处理器实时获取地磁导航设备实时检测的地磁导航数据，将所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当认定所述基本参考数据为可靠数据时，则根据当前融合后得到的基本参考数据进行导航定位。
在具体实施过程中，中心处理器其并未单纯依靠上述的初始定位数据，而是通过相应地地磁导航数据实施了验证校检；因为该初始定位数据是通过卫星导航数据以及惯导数据进行融合得到的，所以其定位精度比较高，但是本申请实施例并不完全信任该导航定位数据，而是依靠地磁导航数据实施了验证；通过地磁导航数据对融合后的初始定位数据实施验证，不仅可以提高定位精度，同时还能增强定位***的可靠性以及鲁棒性等性能。
如图2所示，将所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当认定所述基本参考数据为可靠数据时，则根据当前融合后得到的基本参考数据进行导航定位，具体包括如下操作步骤：
步骤S31：首先获取所述基本参考数据以及对应的时间戳，将对应的时间戳作为时间参考点；
步骤S32：获取所述地磁导航数据并且解析其对应的时间戳，获取与时间参考点同一个时刻的地磁导航数据；
步骤S33：将同一个时刻的所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当检测到所述基本参考数据与所述地磁导航数据之间的导航偏差小于第一偏差阈值时(所述导航偏差包括高度数据信息、经纬度信息)，则认定当前的所述基本参考数据为可靠数据；则根据当前融合后得到的基本参考数据进行导航定位。
需要说明的是，在上述技术方案中本发明实施例还非常重视两种数据对比参考的有效性，因此首先对获取基本参考数据以及对应的时间戳，并且以此为参考；获取与时间参考点同一个时刻的地磁导航数据，确保两者比较时，时间一致，这样比较出来的导航偏差才具有更好的可参考性；
本发明实施例认为，当检测到所述基本参考数据与所述地磁导航数据之间的导航偏差小于第一偏差阈值时，即该导航偏差在合理的偏差范围之内，则认定当前的多源融合得到的初始定位数据具有较好的准确性，然后此时仍然以初始定位数据为导航依据参数进行后续的导航操作。
如图3所示，在所述步骤S3执行之后，还包括如下操作步骤：
步骤S4：中心处理器实时获取地磁导航设备实时检测的地磁导航数据，将所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当认定所述基本参考数据为缺陷数据时，则将当前融合后得到的基本参考数据进行删除；
步骤S5：重新校准并初始化地磁导航设备。
需要说明的是，在上述技术方案中，该中心处理器实时获取地磁导航设备实时检测的地磁导航数据，同时在同一时刻对述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，如果同时认定当前的基本参考数据为缺陷数据时则对其进行删除，并且需要重新地磁导航设备；研究发现，地磁导航设备容易受到信号干扰影响，因此需要及时对重新校准并初始化地磁导航设备；然而，卫星导航设备一般则无需重新校准。
如图4所示，所述将所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当认定所述基本参考数据为缺陷数据时，则将当前融合后得到的基本参考数据进行删除，具体包括如下操作步骤：
步骤S41：首先获取所述基本参考数据以及对应的时间戳，将对应的时间戳作为时间参考点；
步骤S42：获取所述地磁导航数据并且解析其对应的时间戳，获取与时间参考点同一个时刻的地磁导航数据；
步骤S43：将同一个时刻的所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当检测到所述基本参考数据与所述地磁导航数据之间的导航偏差大于或者等于第一偏差阈值时，则认定当前的所述基本参考数据为缺陷数据；将当前融合后得到的基本参考数据进行删除。
需要说明的是，在当前的基本参考数据为缺陷数据时，则需要将其进行舍弃处理；具体判断执行过程中，将同一个时刻的所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当检测到所述基本参考数据与所述地磁导航数据之间的导航偏差大于或者等于第一偏差阈值时，则可以认定当前的基本参考数据存在缺陷。
优选的，作为一种可实施方案；在中心处理器接收所述卫星导航数据以及惯导数据进行融合得到初始定位数据时，每间隔预设时间周期则发送一次针对卫星信号接收设备以及地磁信号接收设备的状态监测信号；当监测发现异常的状态监测信号时，则停止接收所述卫星导航数据以及惯导数据；所述预设时间周期为0.1-0.2ms。
需要说明的是，当地磁导航设备选择使用磁力计时，是无人机在飞行中产生的电磁效应对磁力计影响较大，然而为了获取更准确的地磁强度读数和更高的定位精度。因此研究人员认为，在无人机飞行过程中，需要不断检测状态监测信号；当监测发现异常的状态监测信号时，则停止接收所述卫星导航数据以及惯导数据，同时也要暂停接收该地磁导航数据，随后对设备状态进行预警报警操作，检测具体设备故障；在排除设备状态的故障之后，再进行相关的数据检测。
优选的，作为一种可实施方案；所述卫星导航数据包括GPS卫星导航数据或是北斗卫星导航数据。
需要说明的是，在上述技术方案中，本发明实施例采用的卫星导航数据可以选择多种形式，但是作为最优的方案，则主要以GPS卫星导航数据或是北斗卫星导航数据为主。
优选的，作为一种可实施方案；所述地磁导航设备包括地磁传感器。所述惯导设备包括加速度计和激光陀螺仪。
关于地磁传感器需要说明的是：地磁传感器是用于测量罗盘体坐标(即坐标系)中的地磁场的传感器，可为航向提供绝对参考。其x、y和z分量值由本地地磁场投影而来。上述地磁传感器的使用效果比较好，性能更为可靠。
需要说明的是，地磁导航技术作为一种无源自主导航方法,具有无积累误差和精度适中的优点。地磁场为矢量场，在地球近地空间内任意一点的地磁矢量都不同于其它地点的矢量，且与该地点的经纬度存在一一对应的关系。因此，理论上只要确定该点的地磁场矢量即可实现全球定位。按照地磁数据处理方式的不同，地磁导航分为地磁匹配与地磁滤波两种方式。目前地磁匹配在导航应用研究中更为广泛，它是把预先规划好的航迹某段区域某些点的地磁场特征量绘制成参考图(或称基准图)存贮在载体计算机中，当载体飞越这些地区时，由地磁匹配测量仪器实时测量出飞越这些点地磁场特征量，以构成实时图。在载体上的计算机中，对实时图与参考图进行相关匹配，计算出载体的实时坐标位置，供导航计算机解算导航信息。
相应地，本发明提供了一种存储介质，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序运行时执行基于多源数据融合的导航定位方法的步骤。
本发明又一实施例包括一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的基于多源移动测量点云数据空地一体化融合的控制程序，所述基于多源移动测量点云数据空地一体化融合的控制程序运行时执行一种基于多源数据融合的导航定位方法的步骤。
本发明采用对象级别的特征作为同名特征，不论是车载或者背包扫描均可以获取到这些对象的点云，受点密度、点云分布的影响较小，基于这些特征进行配准，结果更加可靠。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于多源数据融合的导航定位方法，其特征在于：所述导航定位方法包括：
实时获取卫星发送的卫星导航信号以及惯导设备输出的惯导数据，对所述卫星导航信号解析得到卫星导航数据，将所述卫星导航数据以及惯导数据发送给所述中心处理器；
中心处理器接收所述卫星导航数据以及惯导数据进行融合得到初始定位数据，根据所述初始定位数据作为基本参考数据；
中心处理器实时获取地磁导航设备实时检测的地磁导航数据，将所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当认定所述基本参考数据为可靠数据时，则根据当前融合后得到的基本参考数据进行导航定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于多源数据融合的导航定位方法，其特征在于：将所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当认定所述基本参考数据为可靠数据时，则根据当前融合后得到的基本参考数据进行导航定位，具体包括如下操作步骤：
首先获取所述基本参考数据以及对应的时间戳，将对应的时间戳作为时间参考点；
获取所述地磁导航数据并且解析其对应的时间戳，获取与时间参考点同一个时刻的地磁导航数据；
将同一个时刻的所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当检测到所述基本参考数据与所述地磁导航数据之间的导航偏差小于第一偏差阈值时，则认定当前的所述基本参考数据为可靠数据；则根据当前融合后得到的基本参考数据进行导航定位。
3.根据权利要求2所述的一种基于多源数据融合的导航定位方法，其特征在于：在所述中心处理器实时获取地磁导航设备实时检测的地磁导航数据执行之后，还包括如下操作步骤：
中心处理器实时获取地磁导航设备实时检测的地磁导航数据，将所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当认定所述基本参考数据为缺陷数据时，则将当前融合后得到的基本参考数据进行删除；
重新校准并初始化地磁导航设备。
4.根据权利要求3所述的一种基于多源数据融合的导航定位方法，其特征在于：所述将所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当认定所述基本参考数据为缺陷数据时，则将当前融合后得到的基本参考数据进行删除，具体包括如下操作步骤：
首先获取所述基本参考数据以及对应的时间戳，将对应的时间戳作为时间参考点；
获取所述地磁导航数据并且解析其对应的时间戳，获取与时间参考点同一个时刻的地磁导航数据；
将同一个时刻的所述基本参考数据与所述地磁导航数据进行比较，当检测到所述基本参考数据与所述地磁导航数据之间的导航偏差大于或者等于第一偏差阈值时，则认定当前的所述基本参考数据为缺陷数据；将当前融合后得到的基本参考数据进行删除。
5.根据权利要求4所述的一种基于多源数据融合的导航定位方法，其特征在于：在中心处理器接收所述卫星导航数据以及惯导数据进行融合得到初始定位数据时，每间隔预设时间周期则发送一次针对卫星信号接收设备以及地磁信号接收设备的状态监测信号；当监测发现异常的状态监测信号时，则停止接收所述卫星导航数据以及惯导数据；所述预设时间周期为0.1-0.2ms。
6.根据权利要求5所述的一种基于多源数据融合的导航定位方法，其特征在于：所述导航偏差包括高度数据信息、经纬度信息。
7.根据权利要求1所述的一种基于多源数据融合的导航定位方法，其特征在于：所述卫星导航数据包括GPS卫星导航数据或是北斗卫星导航数据。
8.根据权利要求1所述的一种基于多源数据融合的导航定位方法，其特征在于：所述地磁导航设备包括地磁传感器。
9.根据权利要求1所述的一种基于多源数据融合的导航定位方法，其特征在于：所述惯导设备包括加速度计和激光陀螺仪。
10.一种存储介质，其特征在于：所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序运行时执行如权利要求1-中任意一项所述的一种基于多源数据融合的导航定位方法的步骤。
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