基于GNSS系统的厘米级定位纠偏方法

技术领域

本发明涉及高精度定位技术领域，尤其是基于GNSS系统的厘米级定位纠偏方法。

背景技术

近几年，GNSS系统，特别是车载导航系统应用越来越广泛，基于全球定位系统定位的导航系统几乎成了豪华轿车的标准配置。对于车载导航系统来说，车辆定位导航的基础和核心，现有的基于GNSS定位系统的应用，如高德地图、百度地图和腾讯地图等提供定位和导航功能的应用，虽然能满足大部分人们出行需求，也对定位进行了一定的位置纠偏，但纠偏精度较低，如导航路线规划时，偏离道路的定位结果将被人为拉到道路上来，使导航结果看起来准确的定位在道路上来，但并没有真正消除这种定位误差，当道路情况比较复杂时，如出现道路交叉、主辅路并存或多条道路并行、道路拐弯、车辆掉头等情况时，往往会出现无法与地图精确匹配、匹配不稳定或出现匹配错误的情况，并且现在生活中很多场景需要更高精度定位。

发明内容

本发明的目的是通过提出基于GNSS系统的厘米级定位纠偏方法，以解决上述背景技术中提出的缺陷。

本发明采用的技术方案如下：

提供基于GNSS系统的厘米级定位纠偏方法，包括如下步骤：

S1：构建道路拓扑网络并建立道路拓扑网络与GNSS系统间的拓扑关系；

S2：根据GNSS系统及实际测量操作获取定位数据信息；

S3：根据获取的定位数据信息通过定位系统纠偏算法进行坐标纠偏计算；

S4：通过扩展卡尔曼滤波算法融合定位系统纠偏算法的纠偏数据至GNSS系统中进行定位纠偏。

作为本发明的一种优选技术方案：所述S1中，由相互离散的中线点构成道路，并通过道路中线点间的邻接关系构建道路网络拓扑结构。

作为本发明的一种优选技术方案：所述S1中，通过GNSS系统定位设备建立道路拓扑网络与GNSS系统间的拓扑关系。

作为本发明的一种优选技术方案：所述S2中，所述定位数据信息包括基准点定位数据、道路中线点定位数据、定位点定位数据、道路半径距离、定位设备定位数据。

作为本发明的一种优选技术方案：所述S3中，所述定位系统纠偏算法根据所述S2中获取的定位数据信息进行定位点初始坐标的偏移判断，根据偏移判断结果选择是否进行测量距离的偏离计算，再进行道路定位计算，完成对定位点的坐标纠偏计算。

作为本发明的一种优选技术方案：所述定位系统纠偏算法中，设定位道路中的一个中线点作为计算基准点A，基准点A的一个关联中线点为B，通过下式计算出定位点坐标C与道路中线的偏移角度

其中，

若偏离值小于道路半径距离r，则将当前的定位点实时位置投影至道路中线上，否则进行测量距离的偏离计算。

作为本发明的一种优选技术方案：所述偏离计算中，设d为测距，T为定位设备，T在由点A和B构成的道路上，由下式计算出定位设备T的投影坐标

其中，

判断测距偏离量

其中，L为定位设备T的投影坐标

设定位点的当前测距方向为点A，根据

其中，A表示指向中线点A的测距方向点；

计算出定位纠偏坐标C，当

作为本发明的一种优选技术方案：所述S3中，通过改变定位数据信息的定位精度进行重复纠偏至实现坐标的厘米级定位。

作为本发明的一种优选技术方案：所述S4中，基于扩展卡尔曼滤波算法融合定位信息，使用纠偏算法中的纠偏结果作为输入值进行GNSS系统的定位纠偏融合。

作为本发明的一种优选技术方案：所述扩展卡尔曼滤波算法建立状态模型如下：

/>

其中，

建立更新模型如下：

其中，

其中，

本发明提供的基于GNSS系统的厘米级定位纠偏方法，与现有技术相比，其有益效果有：

本发明基于坐标系统纠偏算法通过改变测量精度对坐标进行多次纠偏计算，以实现厘米级的定位纠偏，同时通过扩展卡尔曼滤波算法将纠偏结果融入至GNSS系统中进行系统定位纠偏，实现了坐标的高精度定位，满足了生活中高精度的定位需求。

附图说明

图1为本发明优选实施例的方法流程图；

图2为本发明优选实施例中道路定位判断图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，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。

参照图1，本发明优选实施例提供了基于GNSS系统的厘米级定位纠偏方法，包括如下步骤：

S1：构建道路拓扑网络并建立道路拓扑网络与GNSS系统间的拓扑关系；

S2：根据GNSS系统及实际测量操作获取定位数据信息；

S3：根据获取的定位数据信息通过定位系统纠偏算法进行坐标纠偏计算；

S4：通过扩展卡尔曼滤波算法融合定位系统纠偏算法的纠偏数据至GNSS系统中进行定位纠偏。

所述S1中，由相互离散的中线点构成道路，并通过道路中线点间的邻接关系构建道路网络拓扑结构。

所述S1中，通过GNSS系统定位设备建立道路拓扑网络与GNSS系统间的拓扑关系。

所述S2中，所述定位数据信息包括基准点定位数据、道路中线点定位数据、定位点定位数据、道路半径距离、定位设备定位数据。

所述S3中，所述定位系统纠偏算法根据所述S2中获取的定位数据信息进行定位点初始坐标的偏移判断，根据偏移判断结果选择是否进行测量距离的偏离计算，再进行道路定位计算，完成对定位点的坐标纠偏计算。

所述定位系统纠偏算法中，设定位道路中的一个中线点作为计算基准点A，基准点A的一个关联中线点为B，通过下式计算出定位点坐标C与道路中线的偏移角度

其中，

若偏离值小于道路半径距离r，则将当前的定位点实时位置投影至道路中线上，否则进行测量距离的偏离计算。

所述偏离计算中，设d为测距，T为定位设备，T在由点A和B构成的道路上，由下式计算出定位设备T的投影坐标

其中，

判断测距偏离量

/>

其中，L为定位设备T的投影坐标

设定位点的当前测距方向为点A，根据

其中，A表示指向中线点A的测距方向点；

计算出定位纠偏坐标

所述S3中，通过改变定位数据信息的定位精度进行重复纠偏至实现坐标的厘米级定位。

所述S4中，基于扩展卡尔曼滤波算法融合定位信息，使用纠偏算法中的纠偏结果作为输入值进行GNSS系统的定位纠偏融合。

所述扩展卡尔曼滤波算法建立状态模型如下：

其中，

建立更新模型如下：

其中，

其中，

本实施例中，以人员定位为例。

设人员位于点

由于纠偏的结果是将人员定位至道路的中线上，而实际中定位设备不位于道路中，因此测距信号对于道路中线存在夹角，因此在纠偏计算前需要分别计算出定位设备在道路中线上的投影坐标，以及人员测距相对于道路中线的偏移量

通过下式：

其中，L为定位设备T的投影坐标

判断人员测距偏离量是否超出定位设备与测距方向中线点的范围。

假设人员当前的测距方向为点S，根据计算结果值判断人员应对定位至当前所在道路中或者定位至相邻道路上。参照图2，道路

其中，A表示指向中线点A的测距方向点；

完成人员的定位纠偏计算。

其中，可对定位点按照不同精度进行多次纠偏计算，如第一次纠偏计算中坐标单位为米，则共进行三次纠偏计算，第二次纠偏计算中单位则为分米，第三次纠偏计算中单位则为厘米，直至实现定位点的厘米级定位纠偏。

在实际纠偏过程中，由于测距方向点A在行驶过程中会有不同幅度的晃动，所以计算出的实际计算结果值

人员的定位纠偏计算完成后，将最精确的定位纠偏结果，即厘米级定位纠偏结果返回至GNSS定位系统中，通过扩展卡尔曼滤波算法融合纠偏数据至定位数据中，可应用于非线性系统中，并可以实现GNSS系统的闭环定位纠偏。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。