專利名稱：基于gps/ins/agps的移動差分基站方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于GPS/INS/AGPS的移動差分基站方法，屬于車輛導航定位技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景隨著交通事業(yè)的不斷發(fā)展，交通需求不斷增長，單純依靠增加道路面積和提高路網(wǎng)總 體容量已經(jīng)不能有效地解決日益嚴重的交通問題。智能交通系統(tǒng)的提出為解決道路問題提 供了新的思路，即不僅應(yīng)該修建更多的交通基礎(chǔ)設(shè)施，而且要采用先進的信息、電子、系統(tǒng) 工程等高科技手段來對道路網(wǎng)絡(luò)進行更有效地控制和管理，以便更大限度的發(fā)揮現(xiàn)有道路 系統(tǒng)的交通效率。在智能交通系統(tǒng)中，關(guān)鍵問題是要準確地知道車輛當前所在位置。進入 90年代以來，隨著計算機和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，車輛導航定位系統(tǒng)開始進入真正的實用 階段。特別是美國全球定位系統(tǒng)(GPS)的建立，為全球范圍內(nèi)的用戶提供了一種廉價、實用 的定位手段，使得車輛導航定位系統(tǒng)的發(fā)展進入了高潮。
由于GPS具有成本低、便攜式、易與其他傳感器或通信設(shè)備進行融合等特點，因此 以GPS為主的車輛定位系統(tǒng)目前幾乎占據(jù)了全部的市場。但是GPS也有其缺點，精度不夠 高是其主要不足之一。普通GPS接收機由于受到衛(wèi)星鐘差、電離層誤差、大氣層誤差、多路 徑誤差等影響，其定位精度為30米左右，遠遠不能滿足車道級定位的需求。為了提高GPS 的定位精度，差分GPS隨之產(chǎn)生。差分GPS (DGPS, Differential GPS)首先利用已知精確 三維坐標的差分GPS基準站，求得偽距修正量或位置修正量，再將這個修正量實時或事后 發(fā)送給用戶端(GPS導航儀)，對用戶端的測量數(shù)據(jù)進行修正，消除衛(wèi)星鐘差、電離層誤差、對 流層誤差等公共誤差，以提高GPS定位精度。根據(jù)差分GPS基準站發(fā)送的信息方式可將差 分GPS定位分為三類，即位置差分、偽距差分和相位差分。其中，偽距差分是目前應(yīng)用最廣 的一種技術(shù)。其原理為在基準站上的接收機已知自身的精確位置信息，并可求得它至可見 衛(wèi)星的距離，然后將此計算出的距離與GPS接收機測得的含有誤差的測量值加以比較，求 出該測距誤差并將所有衛(wèi)星的測距誤差傳輸給用戶，用戶利用此測距誤差來改正測量的偽 距，最后，用戶利用改正后的偽距來解算出本身的位置，就可消去公共誤差，提高定位精度。 但是，DGPS在實際工程應(yīng)用中也有其顯著缺點，如一、DGPS接收機價格遠高于普通GPS接 收機，無法在車載導航應(yīng)用中得到推廣；二、由于DGPS的基準站往往距用戶端較遠，當用戶 端工作在原理DGPS基準站的環(huán)境時，其差分校正效果會下降。
慣性導航系統(tǒng)(INS, Inertial navigation system)是基于慣性傳感器的自主式 導航系統(tǒng)，它利用慣性傳感器測量運動的角速度和加速度，經(jīng)計算確定車輛位置，實現(xiàn)車輛 的自主定位。但慣性元件的漂移誤差和標定誤差將使累積誤差隨著時間逐漸積累，最終達 到無法忍受的程度，而且目前高精度的INS系統(tǒng)價格高昂，很難在車載導航系統(tǒng)中得到推 廣。多傳感器融合技術(shù)的出現(xiàn)極大的推動了車載定位技術(shù)的發(fā)展，利用多傳感器融合技術(shù)， 將低精度的GPS和INS組合在一起，即能得到高精度的組合導航定位結(jié)果。
AGPS (輔助全球定位系統(tǒng))技術(shù)已在手機導航中得到了廣泛的應(yīng)用，其工作原理 包括以下六步一、AGPS手機首先將本身的基站地址通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿恢梅?wù)器；二、位置服務(wù)器根據(jù)該手機的大概位置傳輸與該位置相關(guān)的GPS輔助信息(包含GPS的星歷和方位 俯仰角等)到手機；三、該手機的AGPS模塊根據(jù)輔助信息(以提升GPS信號的第一鎖定時間 TTFF能力)接收GPS原始信號；四、手機在接收到GPS原始信號后解調(diào)信號，計算手機到衛(wèi) 星的偽距(偽距為受各種GPS誤差影響的距離)，并將有關(guān)信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)轿恢梅?wù)器； 五、位置服務(wù)器根據(jù)傳來的GPS偽距信息和來自其他定位設(shè)備(如差分GPS基準站)的輔助 信息完成對GPS信息的處理，并估算該手機的位置六、位置服務(wù)器將該手機的位置通過網(wǎng) 絡(luò)傳輸?shù)蕉ㄎ痪W(wǎng)關(guān)或應(yīng)用平臺。由以上步驟可知，AGPS通過位置服務(wù)器可以得到與手機位 置相關(guān)的GPS輔助信息，包括GPS星歷和俯仰角。因此，在已知某一點位置精確坐標的情況 下，便可根據(jù)AGPS得到的衛(wèi)星星歷計算得到該點與衛(wèi)星之間的真實距離。將得到的真實距 離與GPS衛(wèi)星接收機測得的衛(wèi)星偽距作比較，即可得到衛(wèi)星偽距測量誤差。
隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，車與車之間的通信技術(shù)越來越成熟。通過無線傳輸技術(shù)， 車輛與車輛之間可以實時的交換位置、速度等信息
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于GPS/INS/AGPS的移動差分基站方法， 該方法在部分車輛(如公交車)上安裝GPS/INS/AGPS組合導航系統(tǒng)及無線傳輸裝置，利用 GPS/INS組合導航系統(tǒng)得到高精度的車輛位置信息，同時利用AGPS得到實時的真實衛(wèi)星位 置信息，然后將高精度的車輛位置信息與真實衛(wèi)星位置信息進行計算，得到車輛與衛(wèi)星之 間的真實距離，將此真實距離與GPS接收機測量得到的衛(wèi)星偽距作比較，得到普通GPS接收 機的衛(wèi)星偽距改正數(shù)。最后裝有GPS/INS/AGPS組合導航系統(tǒng)的車輛利用無線傳輸技術(shù)將 得到的衛(wèi)星偽距改正數(shù)廣播給附件只載有普通GPS接收機的車輛，以消除普通GPS接收機 的測量誤差。該方法能夠有效地克服電離層誤差、對流層誤差對普通GPS接收機的影響，在 成本增加不大的情況下顯著地提高普通GPS接收機的定位精度。
本發(fā)明為解決其技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案一種基于GPS/INS/AGPS的移動差分基站方法，包括下列步驟(1)載有GPS/INS/AGPS組合導航系統(tǒng)的車輛利用數(shù)據(jù)融合方法得到高精度的車輛位 置信息；(2)利用步驟(I)中得到的高精度車輛位置信息和AGPS提供的實時衛(wèi)星位置信息進行 計算，得到車輛與接收到的每顆衛(wèi)星之間的準確距離；(3)將步驟(2)中得到的車輛與接收到的每顆衛(wèi)星之間的準確距離與GPS接收機測量 的衛(wèi)星偽距做比較，得到衛(wèi)星偽距改正數(shù)；(4)載有GPS/INS/AGPS組合導航系統(tǒng)的車輛將步驟(3)中得到的衛(wèi)星偽距改正數(shù)以及 每顆衛(wèi)星的信噪比利用無線通信技術(shù)進行傳播；(5)只載有普通GPS接收機的車輛得到載有GPS/INS/AGPS組合導航系統(tǒng)的車輛傳播的 衛(wèi)星偽距改正數(shù)和每顆衛(wèi)星的信噪比，并在普通GPS接收機計算的衛(wèi)星偽距信息的基礎(chǔ)上 減去衛(wèi)星偽距改正數(shù)，再利用改正后的衛(wèi)星信息進行位置解算，便可得到的車輛定位結(jié)果。
步驟(I)中所述數(shù)據(jù)融合方法包含卡爾曼濾波、粒子濾波，以及基于卡爾曼和粒子 濾波的改進數(shù)據(jù)融合算法。
步驟(I)中所述GPS/INS/AGPS組合導航系統(tǒng)，其組合方式為位置速度誤差緊耦合 方式。
步驟(4)中所述無線傳輸技術(shù)采用IEEE 802.1la通信標準協(xié)議。
該方法的差分方式為偽距差分。
步驟(5)中所述只載有普通GPS接收機的車輛得到載有GPS/INS/AGPS組合導航系統(tǒng)的車輛傳播的衛(wèi)星偽距改正數(shù)，并在普通GPS接收機計算的衛(wèi)星偽距信息的基礎(chǔ)上減去該衛(wèi)星偽距改正數(shù)，如果只載有普通GPS的車輛對于每顆衛(wèi)星只接收到一個由GPS/INS/ AGPS組合導航系統(tǒng)的車輛傳播的衛(wèi)星偽距改正數(shù)，則直接對衛(wèi)星偽距星系進行校正；如果只載有普通GPS的車輛對于每顆衛(wèi)星同時接收到兩個以上的不同的載有GPS/INS/AGPS組合導航系統(tǒng)的車輛傳播的衛(wèi)星偽距改正數(shù)，則以加權(quán)求平均值的方法計算得到最后的改正數(shù)，其加權(quán)平均方法如下所示
權(quán)利要求
1.一種基于GPS/INS/AGPS的移動差分基站方法，其特征在于，包括下列步驟 (1)載有GPS/INS/AGPS組合導航系統(tǒng)的車輛利用數(shù)據(jù)融合方法得到高精度的車輛位置信息； (2)利用步驟(I)中得到的高精度車輛位置信息和AGPS提供的實時衛(wèi)星位置信息進行計算，得到車輛與接收到的每顆衛(wèi)星之間的準確距離； (3)將步驟(2)中得到的車輛與接收到的每顆衛(wèi)星之間的準確距離與GPS接收機測量的衛(wèi)星偽距做比較，得到衛(wèi)星偽距改正數(shù)； (4)載有GPS/INS/AGPS組合導航系統(tǒng)的車輛將步驟(3)中得到的衛(wèi)星偽距改正數(shù)以及每顆衛(wèi)星的信噪比利用無線通信技術(shù)進行傳播； (5)只載有普通GPS接收機的車輛得到載有GPS/INS/AGPS組合導航系統(tǒng)的車輛傳播的衛(wèi)星偽距改正數(shù)和每顆衛(wèi)星的信噪比，并在普通GPS接收機計算的衛(wèi)星偽距信息的基礎(chǔ)上減去衛(wèi)星偽距改正數(shù)，再利用改正后的衛(wèi)星信息進行位置解算，便可得到的車輛定位結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的基于GPS/INS/AGPS的移動差分基站方法，其特征在于步驟(I)中所述數(shù)據(jù)融合方法包含卡爾曼濾波、粒子濾波以及基于卡爾曼和粒子濾波的改進數(shù)據(jù)融合算法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的基于GPS/INS/AGPS的移動差分基站方法，其特征在于步驟(I)中所述GPS/INS/AGPS組合導航系統(tǒng)，其組合方式為位置速度誤差緊耦合方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的基于GPS/INS/AGPS的移動差分基站方法，其特征在于步驟(4)中所述無線傳輸技術(shù)采用IEEE 802.1la通信標準協(xié)議。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的基于GPS/INS/AGPS的移動差分基站方法，其特征在于該方法的差分方式為偽距差分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的基于GPS/INS/AGPS的移動差分基站方法，其特征在于步驟(5)中所述只載有普通GPS接收機的車輛得到載有GPS/INS/AGPS組合導航系統(tǒng)的車輛傳播的衛(wèi)星偽距改正數(shù)，并在普通GPS接收機計算的衛(wèi)星偽距信息的基礎(chǔ)上減去該衛(wèi)星偽距改正數(shù)，如果只載有普通GPS的車輛對于每顆衛(wèi)星只接收到一個由GPS/INS/AGPS組合導航系統(tǒng)的車輛傳播的衛(wèi)星偽距改正數(shù)，則直接對衛(wèi)星偽距星系進行校正；如果只載有普通GPS的車輛對于每顆衛(wèi)星同時接收到兩個以上的不同的載有GPS/INS/AGPS組合導航系統(tǒng)的車輛傳播的衛(wèi)星偽距改正數(shù)，則以加權(quán)求平均值的方法計算得到最后的改正數(shù)，其加權(quán)平均方法如下所示
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于GPS/INS/AGPS的移動差分基站方法，屬于車輛導航定位技術(shù)領(lǐng)域。包括以下步驟首先在部分車輛上安裝GPS/INS/AGPS組合導航系統(tǒng)，利用組合導航系統(tǒng)得到車輛位置信息，再將此位置信息與通過AGPS得到的衛(wèi)星位置信息進行計算，得到車輛與觀測到的每顆衛(wèi)星之間的真實距離，將此真實距離與GPS接收機測量得到的衛(wèi)星偽距做比較，得到觀測到的每顆衛(wèi)星的偽距改正數(shù)，最后將衛(wèi)星偽距改正數(shù)廣播給其它只載有普通GPS接收機的車輛，并在普通GPS接收機計算的衛(wèi)星偽距信息的基礎(chǔ)上減去接收到的衛(wèi)星偽距改正數(shù)，再利用改正后的衛(wèi)星信息進行位置解算，得到高精度的車輛定位結(jié)果。該方法能有效地提高車輛導航定位精度。
文檔編號G01S19/45GK103018758SQ20121050419
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者陳熙源, 申沖, 徐元, 祝雪芬, 方琳, 李慶華 申請人:東南大學