一種基于無人飛行器和wifi的交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明一種基于無人飛行器和WIFI的交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng),包括交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)和與交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)相連的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī),其特征在于,所述交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定子系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)圖像獲取子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)通信子系統(tǒng)和繪圖子系統(tǒng)。本發(fā)明定位準(zhǔn)確,大大提高了事故現(xiàn)場(chǎng)勘查的效率、準(zhǔn)確度,減少了人員消耗和事故造成的間接損失,有效避免了二次交通事故的發(fā)生。
【專利說明】
一種基于無人飛行器和w IFI的交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查領(lǐng)域,具體涉及一種基于無人飛行器和WIFI的交通 事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著交通事故量的增加和人們法律意識(shí)的增強(qiáng),對(duì)準(zhǔn)確認(rèn)定道路交通事故責(zé)任提 出了更高的要求。傳統(tǒng)的交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查方法,采用卷尺測(cè)量距離,然后手工繪制交通事 故現(xiàn)場(chǎng)草圖及現(xiàn)場(chǎng)比例圖,浪費(fèi)了大量的時(shí)間,且容易造成二次事故,另一方面,人們希望 交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)能夠提供精確的定位功能。
[0003] 為了盡可能提高衛(wèi)星定位的精度,目前已發(fā)展出了多種衛(wèi)星定位增強(qiáng)技術(shù),例如, 局域差分GPS,廣域差分GPS等,可大幅度衛(wèi)星定位的精度。然而,具備衛(wèi)星定位增強(qiáng)功能的 全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高昂的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 為解決上述問題,本發(fā)明提供一種基于無人飛行器和WIFI的交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系 統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006] 一種基于無人飛行器和WIFI的交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng),包括交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系 統(tǒng)和與交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)相連的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī),其特征在于,所述交通事 故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定子系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)圖像獲取子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)通信子 系統(tǒng)和繪圖子系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明的有益效果為:定位準(zhǔn)確,大大提高了事故現(xiàn)場(chǎng)勘查的效率、準(zhǔn)確度,減少 了人員消耗和事故造成的間接損失,有效避免了二次交通事故的發(fā)生。
【附圖說明】
[0008] 利用附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明,但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限 制,對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)以下附圖獲得 其它的附圖。
[0009] 圖1是本發(fā)明交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)的示意圖;
[0010]圖2是全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011] 附圖標(biāo)記:全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1、衛(wèi)星偽距測(cè)量結(jié)果獲取單元11、衛(wèi)星測(cè)量 偽距誤差消除單元12、位置解算粗差消除單元13。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 結(jié)合以下實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0013]應(yīng)用場(chǎng)景1
[0014] 參見圖1、圖2,本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的一種基于無人飛行器和WIFI的交通事 故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng),包括交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)和與交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)相連的全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī),其特征在于,所述交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定子系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)圖像 獲取子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)通信子系統(tǒng)和繪圖子系統(tǒng)。
[0015] 優(yōu)選地,所述標(biāo)定子系統(tǒng)包括一套4個(gè)標(biāo)定物,每個(gè)標(biāo)定物上具有WIFI定位模塊和 自身位置WIFI發(fā)送模塊。
[0016] 本發(fā)明上述實(shí)施例定位準(zhǔn)確,大大提高了事故現(xiàn)場(chǎng)勘查的效率、準(zhǔn)確度,減少了人 員消耗和事故造成的間接損失,有效避免了二次交通事故的發(fā)生。
[0017] 優(yōu)選地,所述每個(gè)標(biāo)定物為邊長(zhǎng)20CM的正方形白色平板,中間為半徑10CM的黑色 圓形反光材料,所述WIFI定位模塊和自身位置WIFI發(fā)送模塊位于黑色圓形反光材料和正方 形白色平板之間。
[0018] 本優(yōu)選實(shí)施例能夠節(jié)約定位時(shí)間和準(zhǔn)確度。
[0019] 優(yōu)選的,所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1包括衛(wèi)星偽距測(cè)量結(jié)果獲取單元11、衛(wèi)星 測(cè)量偽距誤差消除單元12、位置解算粗差消除單元13,所述衛(wèi)星偽距測(cè)量結(jié)果獲取單元11 用于同時(shí)處理多顆衛(wèi)星的偽距觀測(cè),獲取衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù);所述衛(wèi)星測(cè)量偽距誤差消除 單元12用于消除衛(wèi)星偽距測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差;所述位置解算粗差消除單元13用于采用 最小二乘法對(duì)消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行位置解算,并在解算過程中進(jìn)行粗 差消除,最終獲取所述高精度坐標(biāo)。
[0020] 本優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的主要架構(gòu)。
[0021] 優(yōu)選的,所述衛(wèi)星偽距測(cè)量結(jié)果獲取單元11采用的衛(wèi)星偽距的測(cè)量計(jì)算公式為:
[0023] 式中,M=l,2,…,m為所有觀測(cè)到衛(wèi)星的臨時(shí)編號(hào),P(M)為每顆可見衛(wèi)星的測(cè)量偽 距,r(M)代表每顆衛(wèi)星位置與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1位置的幾何距離,St s為全球?qū)Ш叫l(wèi) 星系統(tǒng)接收機(jī)1時(shí)鐘與GPS時(shí)鐘的鐘差,St(M)為每顆衛(wèi)星與GPS時(shí)鐘的鐘差,Y (M)為信號(hào)延時(shí) 誤差,Y(M) = C(M)+D(M)+Z(M)+R(M),C (M)為每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過磁層的延時(shí),D(M)為每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)經(jīng) 過電離層的延時(shí),Z(M)為每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過中性層的延時(shí),R(M)為地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)的延時(shí),rxf 3 為對(duì)每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的偽距測(cè)量噪聲;
[0024]
為全球?qū)?航衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的位置坐標(biāo)向量,X(M)為衛(wèi)星M的位置坐標(biāo)向量。
[0025]本優(yōu)選實(shí)施例提出了可見衛(wèi)星的測(cè)量偽距的計(jì)算公式,在偽距的計(jì)算中考慮了各 種延時(shí)誤差,減少了初始定位的時(shí)間,減少了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的能量損耗,增加 了待機(jī)時(shí)間,提高了衛(wèi)星偽距的測(cè)量精度。
[0026]優(yōu)選的,所述消除衛(wèi)星偽距測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差包括:
[0027] (1)第一次對(duì)誤差進(jìn)行消除:
[0028]由于衛(wèi)星軌道攝動(dòng),衛(wèi)星在軌位置與真實(shí)位置會(huì)存在偏差P1,采取差分定位法進(jìn) 行消除,誤差消減后偏差為P' i;
[0029]由于存在時(shí)鐘漂移和相對(duì)論效應(yīng),各個(gè)衛(wèi)星時(shí)鐘不可能與GPS時(shí)間嚴(yán)格同步,存在 鐘差P2,由衛(wèi)星發(fā)布的導(dǎo)航電文進(jìn)行消除,誤差消減后偏差為PS;
[0030] 由于各誤差對(duì)定位精度影響不同,設(shè)定閾值,并引入誤差評(píng)估因子P:
[0031] P= (pi_p71) X (p2_p7 2)
[0032] 若PSTi,則完成第一次的誤差消除,否則,需繼續(xù)進(jìn)行第一次的誤差消除;其中設(shè) 定!^的取值范圍為[30m,50m];
[0033]除Sts無法通過接收的可見星信息進(jìn)行修正,可得:
[0035] 對(duì)其使用Taylor展開并進(jìn)行一階化線性化截?cái)?,忽略剩下的高階項(xiàng),從而使偽距 測(cè)量方程線性化求解:Apw=H ? AX
[0036]
分別為k和k-1時(shí)刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1 相對(duì)衛(wèi)星M的偽距,A X = Xk_Xk-i,Xk和Xk-i分別為k和k-1時(shí)刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的位 置;
[0037] (2)第二次對(duì)誤差進(jìn)行消除:
[0038]經(jīng)過第一次誤差消除,易得:
[0040]為了研究方便,假設(shè)測(cè)量誤差符合獨(dú)立分布的條件,并且符合正態(tài)分布:
[0042]式中,為r4M)標(biāo)準(zhǔn)差,M為可見星的個(gè)數(shù),令:
[0044] w(M)為每個(gè)測(cè)量值對(duì)應(yīng)的權(quán)重
標(biāo)準(zhǔn)差,A X通過下式求解:
[0046]每一個(gè)輸出測(cè)量值p(M)對(duì)應(yīng)一個(gè)權(quán)重w(M),并希望權(quán)重w(M)倒數(shù)越大的值在解算中 作用越大,若P(M)測(cè)量誤差越小,w(M)應(yīng)越?。?br>[0047]其中,影響偽距測(cè)量精度的因素包括:與GPS衛(wèi)星本身有關(guān)的誤差Ei、與全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1有關(guān)的誤差E2、與衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度有關(guān)的誤差E3、包括地球潮汐在內(nèi)其它誤 差E4;
[0048] 其中,扮通過導(dǎo)航電文中測(cè)距精度因子N提供給用戶,
[0049] Ei越小時(shí),測(cè)量誤差越小,這滿足加權(quán)算法中對(duì)權(quán)重因子的選擇要求;
[0050] E2由全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1本身預(yù)測(cè)和實(shí)際測(cè)量值得到的,每次測(cè)量誤差都 會(huì)得到與該測(cè)量誤差相關(guān)的一組誤差值,這樣就每次測(cè)量都可以得到與之對(duì)應(yīng)的測(cè)量誤差 的標(biāo)準(zhǔn)差〇 (M):
[0051 ] w(M) = 〇(M)
[0052]以該標(biāo)準(zhǔn)差作為權(quán)重因子;
[0053] E3用載噪比表示,采用SIGMA-e模型進(jìn)行誤差衡量,
[0055] a、b為模型參數(shù),No,:為測(cè)量的載噪比,當(dāng)載噪比越大時(shí),測(cè)量誤差也就越小,滿足 了加權(quán)算法中對(duì)權(quán)重因子的選擇要求;
[0056] E4以地球潮汐為例,潮汐引起測(cè)站位移,位移越小,引起的誤差越小,符合權(quán)重因 子選取要求;
[0057] 設(shè)£1山上44的權(quán)重因子分別為14^、^^)、1^)、:< ),對(duì)其進(jìn)行重新加權(quán), 得到:
[0060] (3)確定誤差消減后的定位誤差:
[0061] 確定兩次誤差消減對(duì)定位精度的影響因子分別為QjPQ2,綜合影響因子:
[0062] Q = QiXQ2
[0063]定位精度用距離均方根(DRMS)表示,誤差消減前后定位誤差存在如下關(guān)系:
[0064] DRMSh=QXDRMSq
[0065] DRMSq和DRMSh分別表示誤差消減前后定位誤差。
[0066]本優(yōu)選實(shí)施例通過對(duì)衛(wèi)星偽距測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差進(jìn)行消除,提高了全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的靈敏度,進(jìn)一步提高了衛(wèi)星偽距的測(cè)量精度,從而提高了定位精度。
[0067] 優(yōu)選的,所述位置解算粗差消除單元13以計(jì)算機(jī)和濾波器為載體,包括依次連接 的預(yù)處理子單元、位置解算子單元、粗差判斷及消除子單元和濾波子單元;所述預(yù)處理子單 元用于對(duì)所述消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,剔除數(shù)據(jù)異常的衛(wèi)星;所 述位置解算子單元用于根據(jù)預(yù)處理后的衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù),采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣 進(jìn)行初始化的定位求解;所述粗差判斷及消除子單元用于判斷位置解算子單元輸出的定位 求解結(jié)果是否存在粗差,若存在粗差,剔除出現(xiàn)粗差的故障衛(wèi)星,若不存在粗差,采用最小 二乘法及新的權(quán)矩陣進(jìn)行迭代計(jì)算,直到定位位置的增量小于預(yù)設(shè)的足夠小的閥值T 2時(shí)終 止迭代,從而確定優(yōu)選的衛(wèi)星,進(jìn)而得到并輸出定位結(jié)果;所述濾波子單元用于對(duì)所述定位 結(jié)果采用卡爾曼濾波進(jìn)行濾波計(jì)算,并輸出最終的定位結(jié)果;
[0068] 其中,所述采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣進(jìn)行初始化的定位求解,包括:獲取衛(wèi)星 偽距測(cè)量誤差方程的系數(shù)陣和常數(shù)項(xiàng),根據(jù)衛(wèi)星高度角獲取所述初始權(quán)矩陣;根據(jù)最小二 乘法進(jìn)行定位求解;
[0069] 其中,所述判斷位置解算子單元輸出的定位求解結(jié)果是否存在粗差,包括:根據(jù)衛(wèi) 星的數(shù)目和相應(yīng)的納偽概率和棄真概率進(jìn)行粗差檢驗(yàn),對(duì)檢驗(yàn)的粗差,根據(jù)衛(wèi)星偽距測(cè)量 誤差方程和初始化矩陣計(jì)算出新矩陣,計(jì)算新矩陣各向量之間的距離,采用K-means聚類方 法對(duì)所述各向量之間的距離進(jìn)行聚類分析,判斷向量之間的親疏關(guān)系,從而完成粗差識(shí)別。
[0070] 本優(yōu)選實(shí)施例將最小二乘法、迭代運(yùn)算、聚類方法和濾波計(jì)算相結(jié)合,提高衛(wèi)星優(yōu) 選和定位的精度,在消除偽距測(cè)量誤差后、迭代運(yùn)算之前進(jìn)行是否存在粗差的判斷,并隔離 存在粗差的故障衛(wèi)星,減小了計(jì)算量,進(jìn)一步提高定位準(zhǔn)確度。
[0071]在此應(yīng)用場(chǎng)景中,設(shè)定閾值Ti的取值為30mm,定位速度相對(duì)提高了 10%,定位精度 相對(duì)提尚了 12%。
[0072]應(yīng)用場(chǎng)景2
[0073] 參見圖1、圖2,本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的一種基于無人飛行器和WIFI的交通事 故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng),包括交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)和與交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)相連的全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī),其特征在于,所述交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定子系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)圖像 獲取子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)通信子系統(tǒng)和繪圖子系統(tǒng)。
[0074]優(yōu)選地,所述標(biāo)定子系統(tǒng)包括一套4個(gè)標(biāo)定物,每個(gè)標(biāo)定物上具有WIFI定位模塊和 自身位置WIFI發(fā)送模塊。
[0075]本發(fā)明上述實(shí)施例定位準(zhǔn)確,大大提高了事故現(xiàn)場(chǎng)勘查的效率、準(zhǔn)確度,減少了人 員消耗和事故造成的間接損失,有效避免了二次交通事故的發(fā)生。
[0076]優(yōu)選地,所述每個(gè)標(biāo)定物為邊長(zhǎng)20CM的正方形白色平板,中間為半徑10CM的黑色 圓形反光材料,所述WIFI定位模塊和自身位置WIFI發(fā)送模塊位于黑色圓形反光材料和正方 形白色平板之間。
[0077]本優(yōu)選實(shí)施例能夠節(jié)約定位時(shí)間和準(zhǔn)確度。
[0078]優(yōu)選的,所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1包括衛(wèi)星偽距測(cè)量結(jié)果獲取單元11、衛(wèi)星 測(cè)量偽距誤差消除單元12、位置解算粗差消除單元13,所述衛(wèi)星偽距測(cè)量結(jié)果獲取單元11 用于同時(shí)處理多顆衛(wèi)星的偽距觀測(cè),獲取衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù);所述衛(wèi)星測(cè)量偽距誤差消除 單元12用于消除衛(wèi)星偽距測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差;所述位置解算粗差消除單元13用于采用 最小二乘法對(duì)消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行位置解算,并在解算過程中進(jìn)行粗 差消除,最終獲取所述高精度坐標(biāo)。
[0079]本優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的主要架構(gòu)。
[0080]優(yōu)選的,所述衛(wèi)星偽距測(cè)量結(jié)果獲取單元11采用的衛(wèi)星偽距的測(cè)量計(jì)算公式為:
[0082]式中,M=l,2,…,m為所有觀測(cè)到衛(wèi)星的臨時(shí)編號(hào),P(M)為每顆可見衛(wèi)星的測(cè)量偽 距,r(M)代表每顆衛(wèi)星位置與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1位置的幾何距離,Sts為全球?qū)Ш叫l(wèi) 星系統(tǒng)接收機(jī)1時(shí)鐘與GPS時(shí)鐘的鐘差,St (M)為每顆衛(wèi)星與GPS時(shí)鐘的鐘差,Y(M)為信號(hào)延時(shí) 誤差,Y(M) = C(M)+D(M)+Z(M)+R(M),C (M)為每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過磁層的延時(shí),D(M)為每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)經(jīng) 過電離層的延時(shí),Z(M)為每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過中性層的延時(shí),R(M)為地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)的延時(shí), 為對(duì)每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的偽距測(cè)量噪聲;
[0083]
,X為全球?qū)?航衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的位置坐標(biāo)向量,X(M)為衛(wèi)星M的位置坐標(biāo)向量。
[0084]本優(yōu)選實(shí)施例提出了可見衛(wèi)星的測(cè)量偽距的計(jì)算公式,在偽距的計(jì)算中考慮了各 種延時(shí)誤差,減少了初始定位的時(shí)間,減少了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的能量損耗,增加 了待機(jī)時(shí)間,提高了衛(wèi)星偽距的測(cè)量精度。
[0085]優(yōu)選的,所述消除衛(wèi)星偽距測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差包括:
[0086] (1)第一次對(duì)誤差進(jìn)行消除:
[0087]由于衛(wèi)星軌道攝動(dòng),衛(wèi)星在軌位置與真實(shí)位置會(huì)存在偏差P1,采取差分定位法進(jìn) 行消除,誤差消減后偏差為P' i;
[0088]由于存在時(shí)鐘漂移和相對(duì)論效應(yīng),各個(gè)衛(wèi)星時(shí)鐘不可能與GPS時(shí)間嚴(yán)格同步,存在 鐘差P2,由衛(wèi)星發(fā)布的導(dǎo)航電文進(jìn)行消除,誤差消減后偏差為PS;
[0089] 由于各誤差對(duì)定位精度影響不同,設(shè)定閾值,并引入誤差評(píng)估因子P:
[0090] P= (pi_p71) X (p2_p7 2)
[0091] 若PSTi,則完成第一次的誤差消除,否則,需繼續(xù)進(jìn)行第一次的誤差消除;其中設(shè) 定!^的取值范圍為[30m,50m];
[0092]除Sts無法通過接收的可見星信息進(jìn)行修正,可得:
[0094] 對(duì)其使用Taylor展開并進(jìn)行一階化線性化截?cái)?,忽略剩下的高階項(xiàng),從而使偽距 測(cè)量方程線性化求解:Apw=H ? AX
[0095]
分別為k和k-1時(shí)刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1 相對(duì)衛(wèi)星M的偽距,A X = Xk_Xk-i,Xk和Xk-i分別為k和k-1時(shí)刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的位 置;
[0096] (2)第二次對(duì)誤差進(jìn)行消除:
[0097]經(jīng)過第一次誤差消除,易得:
[0099]為了研究方便,假設(shè)測(cè)量誤差?4M)符合獨(dú)立分布的條件,并且符合正態(tài)分布:
[0101]式中,為nf >標(biāo)準(zhǔn)差,M為可見星的個(gè)數(shù),令:
[0103] w(M)為每個(gè)測(cè)量值對(duì)應(yīng)的權(quán)重,
標(biāo)準(zhǔn)差,AX通過下式求解:
[0105] 每一個(gè)輸出測(cè)量值p(M)對(duì)應(yīng)一個(gè)權(quán)重w(M),并希望權(quán)重w(M)倒數(shù)越大的值在解算中 作用越大,若P (M)測(cè)量誤差越小,w(M)應(yīng)越?。?br>[0106] 其中,影響偽距測(cè)量精度的因素包括:與GPS衛(wèi)星本身有關(guān)的誤差Ei、與全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1有關(guān)的誤差E2、與衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度有關(guān)的誤差E 3、包括地球潮汐在內(nèi)其它誤 差E4;
[0107] 其中,&通過導(dǎo)航電文中測(cè)距精度因子N提供給用戶,
[0108] Ei越小時(shí),測(cè)量誤差越小,這滿足加權(quán)算法中對(duì)權(quán)重因子的選擇要求;
[0109] E2由全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1本身預(yù)測(cè)和實(shí)際測(cè)量值得到的,每次測(cè)量誤差都 會(huì)得到與該測(cè)量誤差相關(guān)的一組誤差值,這樣就每次測(cè)量都可以得到與之對(duì)應(yīng)的測(cè)量誤差 的標(biāo)準(zhǔn)差〇(M):
[0110] w(M) = 〇(M)
[0111] 以該標(biāo)準(zhǔn)差作為權(quán)重因子;
[0112] E3用載噪比表示,采用SIGMA-e模型進(jìn)行誤差衡量,
[0114] a、b為模型參數(shù),No,:為測(cè)量的載噪比,當(dāng)載噪比越大時(shí),測(cè)量誤差也就越小,滿足 了加權(quán)算法中對(duì)權(quán)重因子的選擇要求;
[0115] E4以地球潮汐為例,潮汐引起測(cè)站位移,位移越小,引起的誤差越小,符合權(quán)重因 子選取要求;
[0116] 設(shè)£1士上44的權(quán)重因子分別為14^14^)、14^)、^^ ),對(duì)其進(jìn)行重新加權(quán), 得到:
[0119] (3)確定誤差消減后的定位誤差:
[0120] 確定兩次誤差消減對(duì)定位精度的影響因子分別為QjPQ2,綜合影響因子:
[0121] Q = QiXQ2
[0122] 定位精度用距離均方根(DRMS)表示,誤差消減前后定位誤差存在如下關(guān)系:
[0123] DRMSh=QXDRMSq
[0124] DRMSq和DRMSh分別表示誤差消減前后定位誤差。
[0125] 本優(yōu)選實(shí)施例通過對(duì)衛(wèi)星偽距測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差進(jìn)行消除,提高了全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的靈敏度,進(jìn)一步提高了衛(wèi)星偽距的測(cè)量精度,從而提高了定位精度。
[0126] 優(yōu)選的,所述位置解算粗差消除單元13以計(jì)算機(jī)和濾波器為載體,包括依次連接 的預(yù)處理子單元、位置解算子單元、粗差判斷及消除子單元和濾波子單元;所述預(yù)處理子單 元用于對(duì)所述消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,剔除數(shù)據(jù)異常的衛(wèi)星;所 述位置解算子單元用于根據(jù)預(yù)處理后的衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù),采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣 進(jìn)行初始化的定位求解;所述粗差判斷及消除子單元用于判斷位置解算子單元輸出的定位 求解結(jié)果是否存在粗差,若存在粗差,剔除出現(xiàn)粗差的故障衛(wèi)星,若不存在粗差,采用最小 二乘法及新的權(quán)矩陣進(jìn)行迭代計(jì)算,直到定位位置的增量小于預(yù)設(shè)的足夠小的閥值T 2時(shí)終 止迭代,從而確定優(yōu)選的衛(wèi)星,進(jìn)而得到并輸出定位結(jié)果;所述濾波子單元用于對(duì)所述定位 結(jié)果采用卡爾曼濾波進(jìn)行濾波計(jì)算,并輸出最終的定位結(jié)果;
[0127] 其中,所述采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣進(jìn)行初始化的定位求解,包括:獲取衛(wèi)星 偽距測(cè)量誤差方程的系數(shù)陣和常數(shù)項(xiàng),根據(jù)衛(wèi)星高度角獲取所述初始權(quán)矩陣;根據(jù)最小二 乘法進(jìn)行定位求解;
[0128] 其中,所述判斷位置解算子單元輸出的定位求解結(jié)果是否存在粗差,包括:根據(jù)衛(wèi) 星的數(shù)目和相應(yīng)的納偽概率和棄真概率進(jìn)行粗差檢驗(yàn),對(duì)檢驗(yàn)的粗差,根據(jù)衛(wèi)星偽距測(cè)量 誤差方程和初始化矩陣計(jì)算出新矩陣,計(jì)算新矩陣各向量之間的距離,采用K-means聚類方 法對(duì)所述各向量之間的距離進(jìn)行聚類分析,判斷向量之間的親疏關(guān)系,從而完成粗差識(shí)別。
[0129] 本優(yōu)選實(shí)施例將最小二乘法、迭代運(yùn)算、聚類方法和濾波計(jì)算相結(jié)合,提高衛(wèi)星優(yōu) 選和定位的精度,在消除偽距測(cè)量誤差后、迭代運(yùn)算之前進(jìn)行是否存在粗差的判斷,并隔離 存在粗差的故障衛(wèi)星,減小了計(jì)算量,進(jìn)一步提高定位準(zhǔn)確度。
[0130] 在此應(yīng)用場(chǎng)景中,設(shè)定閾值Ti的取值為35mm,定位速度相對(duì)提高了9%,定位精度 相對(duì)提尚了 11 %。
[0131] 應(yīng)用場(chǎng)景3
[0132] 參見圖1、圖2,本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的一種基于無人飛行器和WIFI的交通事 故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng),包括交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)和與交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)相連的全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī),其特征在于,所述交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定子系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)圖像 獲取子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)通信子系統(tǒng)和繪圖子系統(tǒng)。
[0133] 優(yōu)選地,所述標(biāo)定子系統(tǒng)包括一套4個(gè)標(biāo)定物,每個(gè)標(biāo)定物上具有WIFI定位模塊和 自身位置WIFI發(fā)送模塊。
[0134] 本發(fā)明上述實(shí)施例定位準(zhǔn)確,大大提高了事故現(xiàn)場(chǎng)勘查的效率、準(zhǔn)確度,減少了人 員消耗和事故造成的間接損失,有效避免了二次交通事故的發(fā)生。
[0135] 優(yōu)選地,所述每個(gè)標(biāo)定物為邊長(zhǎng)20CM的正方形白色平板,中間為半徑10CM的黑色 圓形反光材料,所述WIFI定位模塊和自身位置WIFI發(fā)送模塊位于黑色圓形反光材料和正方 形白色平板之間。
[0136] 本優(yōu)選實(shí)施例能夠節(jié)約定位時(shí)間和準(zhǔn)確度。
[0137] 優(yōu)選的,所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1包括衛(wèi)星偽距測(cè)量結(jié)果獲取單元11、衛(wèi)星 測(cè)量偽距誤差消除單元12、位置解算粗差消除單元13,所述衛(wèi)星偽距測(cè)量結(jié)果獲取單元11 用于同時(shí)處理多顆衛(wèi)星的偽距觀測(cè),獲取衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù);所述衛(wèi)星測(cè)量偽距誤差消除 單元12用于消除衛(wèi)星偽距測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差;所述位置解算粗差消除單元13用于采用 最小二乘法對(duì)消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行位置解算,并在解算過程中進(jìn)行粗 差消除,最終獲取所述高精度坐標(biāo)。
[0138] 本優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的主要架構(gòu)。
[0139] 優(yōu)選的,所述衛(wèi)星偽距測(cè)量結(jié)果獲取單元11采用的衛(wèi)星偽距的測(cè)量計(jì)算公式為:
[0141] 式中,M=l,2,…,m為所有觀測(cè)到衛(wèi)星的臨時(shí)編號(hào),P(M)為每顆可見衛(wèi)星的測(cè)量偽 距,r(M)代表每顆衛(wèi)星位置與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1位置的幾何距離,St s為全球?qū)Ш叫l(wèi) 星系統(tǒng)接收機(jī)1時(shí)鐘與GPS時(shí)鐘的鐘差,St(M)為每顆衛(wèi)星與GPS時(shí)鐘的鐘差,Y (M)為信號(hào)延時(shí) 誤差,Y(M) = C(M)+D(M)+Z(M)+R(M),C (M)為每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過磁層的延時(shí),D(M)為每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)經(jīng) 過電離層的延時(shí),Z(M)為每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過中性層的延時(shí),R(M)為地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)的延時(shí),g M) 為對(duì)每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的偽距測(cè)量噪聲;
[0142]
X為全球?qū)?航衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的位置坐標(biāo)向量,X(M)為衛(wèi)星M的位置坐標(biāo)向量。
[0143] 本優(yōu)選實(shí)施例提出了可見衛(wèi)星的測(cè)量偽距的計(jì)算公式,在偽距的計(jì)算中考慮了各 種延時(shí)誤差,減少了初始定位的時(shí)間,減少了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的能量損耗,增加 了待機(jī)時(shí)間,提高了衛(wèi)星偽距的測(cè)量精度。
[0144] 優(yōu)選的,所述消除衛(wèi)星偽距測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差包括:
[0145] (1)第一次對(duì)誤差進(jìn)行消除:
[0146] 由于衛(wèi)星軌道攝動(dòng),衛(wèi)星在軌位置與真實(shí)位置會(huì)存在偏差P1,采取差分定位法進(jìn) 行消除,誤差消減后偏差為P' i;
[0147] 由于存在時(shí)鐘漂移和相對(duì)論效應(yīng),各個(gè)衛(wèi)星時(shí)鐘不可能與GPS時(shí)間嚴(yán)格同步,存在 鐘差P2,由衛(wèi)星發(fā)布的導(dǎo)航電文進(jìn)行消除,誤差消減后偏差為PS;
[0148] 由于各誤差對(duì)定位精度影響不同,設(shè)定閾值,并引入誤差評(píng)估因子p:
[0149] P= (pi_p71) X (P2-P'2)
[0150] 若PSTi,則完成第一次的誤差消除,否則,需繼續(xù)進(jìn)行第一次的誤差消除;其中設(shè) 定!^的取值范圍為[30m,50m];
[0151] 除Sts無法通過接收的可見星信息進(jìn)行修正,可得:
[0153] 對(duì)其使用Taylor展開并進(jìn)行一階化線性化截?cái)?,忽略剩下的高階項(xiàng),從而使偽距 測(cè)量方程線性化求解:Apw=H ? AX
[0154]
分別為k和k-1時(shí)刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1 相對(duì)衛(wèi)星M的偽距,A X = Xk_Xk-i,Xk和Xk-i分別為k和k-1時(shí)刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的位 置;
[0155] (2)第二次對(duì)誤差進(jìn)行消除:
[0156] 經(jīng)過第一次誤差消除,易得:
[0158]為了研究方便,假設(shè)測(cè)量誤差nf5符合獨(dú)立分布的條件,并且符合正態(tài)分布:
[0164] 每一個(gè)輸出測(cè)量值p(M)對(duì)應(yīng)一個(gè)權(quán)重w(M),并希望權(quán)重w(M)倒數(shù)越大的值在解算中 作用越大,若P (M)測(cè)量誤差越小,w(M)應(yīng)越?。?br>[0165] 其中,影響偽距測(cè)量精度的因素包括:與GPS衛(wèi)星本身有關(guān)的誤差Ei、與全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1有關(guān)的誤差E2、與衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度有關(guān)的誤差E 3、包括地球潮汐在內(nèi)其它誤 差E4;
[0166] 其中,扮通過導(dǎo)航電文中測(cè)距精度因子N提供給用戶,
[0167] Ei越小時(shí),測(cè)量誤差越小,這滿足加權(quán)算法中對(duì)權(quán)重因子的選擇要求;
[0168] E2由全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1本身預(yù)測(cè)和實(shí)際測(cè)量值得到的,每次測(cè)量誤差都 會(huì)得到與該測(cè)量誤差相關(guān)的一組誤差值,這樣就每次測(cè)量都可以得到與之對(duì)應(yīng)的測(cè)量誤差 的標(biāo)準(zhǔn)差〇 (M):
[0169] w(M) = 〇(M)
[0170] 以該標(biāo)準(zhǔn)差作為權(quán)重因子;
[0171] E3用載噪比表示,采用SIGMA-e模型進(jìn)行誤差衡量,
[0173] a、b為模型參數(shù),No,:為測(cè)量的載噪比,當(dāng)載噪比越大時(shí),測(cè)量誤差也就越小,滿足 了加權(quán)算法中對(duì)權(quán)重因子的選擇要求;
[0174] E4以地球潮汐為例,潮汐引起測(cè)站位移,位移越小,引起的誤差越小,符合權(quán)重因 子選取要求;
[0175] 設(shè)£1424344的權(quán)重因子分別為^^ )、1^2?)、14^)、^^),對(duì)其進(jìn)行重新加權(quán), 得到:
[0178] (3)確定誤差消減后的定位誤差:
[0179] 確定兩次誤差消減對(duì)定位精度的影響因子分別為QjPQ2,綜合影響因子:
[0180] Q = QiXQ2
[0181]定位精度用距離均方根(DRMS)表示,誤差消減前后定位誤差存在如下關(guān)系:
[0182] DRMSh=QXDRMSq
[0183] DRMSq和DRMSh分別表示誤差消減前后定位誤差。
[0184] 本優(yōu)選實(shí)施例通過對(duì)衛(wèi)星偽距測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差進(jìn)行消除,提高了全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的靈敏度,進(jìn)一步提高了衛(wèi)星偽距的測(cè)量精度,從而提高了定位精度。
[0185] 優(yōu)選的,所述位置解算粗差消除單元13以計(jì)算機(jī)和濾波器為載體,包括依次連接 的預(yù)處理子單元、位置解算子單元、粗差判斷及消除子單元和濾波子單元;所述預(yù)處理子單 元用于對(duì)所述消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,剔除數(shù)據(jù)異常的衛(wèi)星;所 述位置解算子單元用于根據(jù)預(yù)處理后的衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù),采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣 進(jìn)行初始化的定位求解;所述粗差判斷及消除子單元用于判斷位置解算子單元輸出的定位 求解結(jié)果是否存在粗差,若存在粗差,剔除出現(xiàn)粗差的故障衛(wèi)星,若不存在粗差,采用最小 二乘法及新的權(quán)矩陣進(jìn)行迭代計(jì)算,直到定位位置的增量小于預(yù)設(shè)的足夠小的閥值T 2時(shí)終 止迭代,從而確定優(yōu)選的衛(wèi)星,進(jìn)而得到并輸出定位結(jié)果;所述濾波子單元用于對(duì)所述定位 結(jié)果采用卡爾曼濾波進(jìn)行濾波計(jì)算,并輸出最終的定位結(jié)果;
[0186] 其中,所述采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣進(jìn)行初始化的定位求解,包括:獲取衛(wèi)星 偽距測(cè)量誤差方程的系數(shù)陣和常數(shù)項(xiàng),根據(jù)衛(wèi)星高度角獲取所述初始權(quán)矩陣;根據(jù)最小二 乘法進(jìn)行定位求解;
[0187] 其中,所述判斷位置解算子單元輸出的定位求解結(jié)果是否存在粗差,包括:根據(jù)衛(wèi) 星的數(shù)目和相應(yīng)的納偽概率和棄真概率進(jìn)行粗差檢驗(yàn),對(duì)檢驗(yàn)的粗差,根據(jù)衛(wèi)星偽距測(cè)量 誤差方程和初始化矩陣計(jì)算出新矩陣,計(jì)算新矩陣各向量之間的距離,采用K-means聚類方 法對(duì)所述各向量之間的距離進(jìn)行聚類分析,判斷向量之間的親疏關(guān)系,從而完成粗差識(shí)別。
[0188] 本優(yōu)選實(shí)施例將最小二乘法、迭代運(yùn)算、聚類方法和濾波計(jì)算相結(jié)合,提高衛(wèi)星優(yōu) 選和定位的精度,在消除偽距測(cè)量誤差后、迭代運(yùn)算之前進(jìn)行是否存在粗差的判斷,并隔離 存在粗差的故障衛(wèi)星,減小了計(jì)算量,進(jìn)一步提高定位準(zhǔn)確度。
[0189] 在此應(yīng)用場(chǎng)景中,設(shè)定閾值Ti的取值為40mm,定位速度相對(duì)提高了 13%,定位精度 相對(duì)提尚了 13%。
[0190] 應(yīng)用場(chǎng)景4
[0191] 參見圖1、圖2,本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的一種基于無人飛行器和WIFI的交通事 故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng),包括交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)和與交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)相連的全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī),其特征在于,所述交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定子系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)圖像 獲取子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)通信子系統(tǒng)和繪圖子系統(tǒng)。
[0192] 優(yōu)選地,所述標(biāo)定子系統(tǒng)包括一套4個(gè)標(biāo)定物,每個(gè)標(biāo)定物上具有WIFI定位模塊和 自身位置WIFI發(fā)送模塊。
[0193] 本發(fā)明上述實(shí)施例定位準(zhǔn)確,大大提高了事故現(xiàn)場(chǎng)勘查的效率、準(zhǔn)確度,減少了人 員消耗和事故造成的間接損失,有效避免了二次交通事故的發(fā)生。
[0194] 優(yōu)選地,所述每個(gè)標(biāo)定物為邊長(zhǎng)20CM的正方形白色平板,中間為半徑10CM的黑色 圓形反光材料,所述WIFI定位模塊和自身位置WIFI發(fā)送模塊位于黑色圓形反光材料和正方 形白色平板之間。
[0195] 本優(yōu)選實(shí)施例能夠節(jié)約定位時(shí)間和準(zhǔn)確度。
[0196] 優(yōu)選的,所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1包括衛(wèi)星偽距測(cè)量結(jié)果獲取單元11、衛(wèi)星 測(cè)量偽距誤差消除單元12、位置解算粗差消除單元13,所述衛(wèi)星偽距測(cè)量結(jié)果獲取單元11 用于同時(shí)處理多顆衛(wèi)星的偽距觀測(cè),獲取衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù);所述衛(wèi)星測(cè)量偽距誤差消除 單元12用于消除衛(wèi)星偽距測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差;所述位置解算粗差消除單元13用于采用 最小二乘法對(duì)消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行位置解算,并在解算過程中進(jìn)行粗 差消除,最終獲取所述高精度坐標(biāo)。
[0197] 本優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的主要架構(gòu)。
[0198] 優(yōu)選的,所述衛(wèi)星偽距測(cè)量結(jié)果獲取單元11采用的衛(wèi)星偽距的測(cè)量計(jì)算公式為:
[0200]式中,M=l,2,…,m為所有觀測(cè)到衛(wèi)星的臨時(shí)編號(hào),P(M)為每顆可見衛(wèi)星的測(cè)量偽 距,r(M)代表每顆衛(wèi)星位置與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1位置的幾何距離,Sts為全球?qū)Ш叫l(wèi) 星系統(tǒng)接收機(jī)1時(shí)鐘與GPS時(shí)鐘的鐘差,St (M)為每顆衛(wèi)星與GPS時(shí)鐘的鐘差,Y(M)為信號(hào)延時(shí) 誤差,Y(M) = C(M)+D(M)+Z(M)+R(M),C (M)為每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過磁層的延時(shí),D(M)為每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)經(jīng) 過電離層的延時(shí),Z(M)為每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過中性層的延時(shí),R(M)為地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)的延時(shí),4 M) 為對(duì)每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的偽距測(cè)量噪聲;
[0201]
,X為全球?qū)?航衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的位置坐標(biāo)向量,X(M)為衛(wèi)星M的位置坐標(biāo)向量。
[0202]本優(yōu)選實(shí)施例提出了可見衛(wèi)星的測(cè)量偽距的計(jì)算公式,在偽距的計(jì)算中考慮了各 種延時(shí)誤差,減少了初始定位的時(shí)間,減少了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的能量損耗,增加 了待機(jī)時(shí)間,提高了衛(wèi)星偽距的測(cè)量精度。
[0203]優(yōu)選的,所述消除衛(wèi)星偽距測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差包括:
[0204] (1)第一次對(duì)誤差進(jìn)行消除:
[0205]由于衛(wèi)星軌道攝動(dòng),衛(wèi)星在軌位置與真實(shí)位置會(huì)存在偏差P1,采取差分定位法進(jìn) 行消除,誤差消減后偏差為P' i;
[0206]由于存在時(shí)鐘漂移和相對(duì)論效應(yīng),各個(gè)衛(wèi)星時(shí)鐘不可能與GPS時(shí)間嚴(yán)格同步,存在 鐘差P2,由衛(wèi)星發(fā)布的導(dǎo)航電文進(jìn)行消除,誤差消減后偏差為PS;
[0207] 由于各誤差對(duì)定位精度影響不同,設(shè)定閾值,并引入誤差評(píng)估因子P:
[0208] P= (pi_p71) X (p2_p7 2)
[0209] 若PSTi,則完成第一次的誤差消除,否則,需繼續(xù)進(jìn)行第一次的誤差消除;其中設(shè) 定!^的取值范圍為[30m,50m];
[0210] 除Sts無法通過接收的可見星信息進(jìn)行修正,可得:
[0212] 對(duì)其使用Taylor展開并進(jìn)行一階化線性化截?cái)啵雎允O碌母唠A項(xiàng),從而使偽距 測(cè)量方程線性化求解:Apw=H ? AX
[0213] %>(_ = 和pfi分別為k和k_l時(shí)刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1 相對(duì)衛(wèi)星M的偽距,A X = Xk_Xk-i,Xk和Xk-i分別為k和k-1時(shí)刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的位 置;
[0214] (2)第二次對(duì)誤差進(jìn)行消除:
[0215]經(jīng)過第一次誤差消除,易得:
[0217]為了研究方便,假設(shè)測(cè)量誤差<M)符合獨(dú)立分布的條件,并且符合正態(tài)分布:
[0223]每一個(gè)輸出測(cè)量值p(M)對(duì)應(yīng)一個(gè)權(quán)重w(M),并希望權(quán)重w(M)倒數(shù)越大的值在解算中 作用越大,若P(M)測(cè)量誤差越小,W(M)應(yīng)越?。?br>[0224] 其中,影響偽距測(cè)量精度的因素包括:與GPS衛(wèi)星本身有關(guān)的誤差Ei、與全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1有關(guān)的誤差E2、與衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度有關(guān)的誤差E 3、包括地球潮汐在內(nèi)其它誤 差E4;
[0225] 其中,扮通過導(dǎo)航電文中測(cè)距精度因子N提供給用戶
[0226] Ei越小時(shí),測(cè)量誤差越小,這滿足加權(quán)算法中對(duì)權(quán)重因子的選擇要求;
[0227] E2由全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1本身預(yù)測(cè)和實(shí)際測(cè)量值得到的,每次測(cè)量誤差都 會(huì)得到與該測(cè)量誤差相關(guān)的一組誤差值,這樣就每次測(cè)量都可以得到與之對(duì)應(yīng)的測(cè)量誤差 的標(biāo)準(zhǔn)差〇 (M):
[0228] w(M) = 〇(M)
[0229]以該標(biāo)準(zhǔn)差作為權(quán)重因子;
[0230] E3用載噪比表示,采用SIGMA-e模型進(jìn)行誤差衡量,
[0232] a、b為模型參數(shù),No,:為測(cè)量的載噪比,當(dāng)載噪比越大時(shí),測(cè)量誤差也就越小,滿足 了加權(quán)算法中對(duì)權(quán)重因子的選擇要求;
[0233] E4以地球潮汐為例,潮汐引起測(cè)站位移,位移越小,引起的誤差越小,符合權(quán)重因 子選取要求;
[0234] 設(shè)£1山上44的權(quán)重因子分別為14^)、^^)、^^ )、^^),對(duì)其進(jìn)行重新加權(quán), 得到:
[0237] (3)確定誤差消減后的定位誤差:
[0238] 確定兩次誤差消減對(duì)定位精度的影響因子分別為QjPQ2,綜合影響因子:
[0239] Q = QiXQ2
[0240]定位精度用距離均方根(DRMS)表示,誤差消減前后定位誤差存在如下關(guān)系:
[0241] DRMSh=QXDRMSq
[0242] DRMSq和DRMSh分別表示誤差消減前后定位誤差。
[0243] 本優(yōu)選實(shí)施例通過對(duì)衛(wèi)星偽距測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差進(jìn)行消除,提高了全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的靈敏度,進(jìn)一步提高了衛(wèi)星偽距的測(cè)量精度,從而提高了定位精度。
[0244] 優(yōu)選的,所述位置解算粗差消除單元13以計(jì)算機(jī)和濾波器為載體,包括依次連接 的預(yù)處理子單元、位置解算子單元、粗差判斷及消除子單元和濾波子單元;所述預(yù)處理子單 元用于對(duì)所述消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,剔除數(shù)據(jù)異常的衛(wèi)星;所 述位置解算子單元用于根據(jù)預(yù)處理后的衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù),采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣 進(jìn)行初始化的定位求解;所述粗差判斷及消除子單元用于判斷位置解算子單元輸出的定位 求解結(jié)果是否存在粗差,若存在粗差,剔除出現(xiàn)粗差的故障衛(wèi)星,若不存在粗差,采用最小 二乘法及新的權(quán)矩陣進(jìn)行迭代計(jì)算,直到定位位置的增量小于預(yù)設(shè)的足夠小的閥值T2時(shí)終 止迭代,從而確定優(yōu)選的衛(wèi)星,進(jìn)而得到并輸出定位結(jié)果;所述濾波子單元用于對(duì)所述定位 結(jié)果采用卡爾曼濾波進(jìn)行濾波計(jì)算,并輸出最終的定位結(jié)果;
[0245] 其中,所述采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣進(jìn)行初始化的定位求解,包括:獲取衛(wèi)星 偽距測(cè)量誤差方程的系數(shù)陣和常數(shù)項(xiàng),根據(jù)衛(wèi)星高度角獲取所述初始權(quán)矩陣;根據(jù)最小二 乘法進(jìn)行定位求解;
[0246] 其中,所述判斷位置解算子單元輸出的定位求解結(jié)果是否存在粗差,包括:根據(jù)衛(wèi) 星的數(shù)目和相應(yīng)的納偽概率和棄真概率進(jìn)行粗差檢驗(yàn),對(duì)檢驗(yàn)的粗差,根據(jù)衛(wèi)星偽距測(cè)量 誤差方程和初始化矩陣計(jì)算出新矩陣,計(jì)算新矩陣各向量之間的距離,采用K-means聚類方 法對(duì)所述各向量之間的距離進(jìn)行聚類分析,判斷向量之間的親疏關(guān)系,從而完成粗差識(shí)別。
[0247] 本優(yōu)選實(shí)施例將最小二乘法、迭代運(yùn)算、聚類方法和濾波計(jì)算相結(jié)合,提高衛(wèi)星優(yōu) 選和定位的精度,在消除偽距測(cè)量誤差后、迭代運(yùn)算之前進(jìn)行是否存在粗差的判斷,并隔離 存在粗差的故障衛(wèi)星,減小了計(jì)算量,進(jìn)一步提高定位準(zhǔn)確度。
[0248] 在此應(yīng)用場(chǎng)景中,設(shè)定閾值Ti的取值為45mm,定位速度相對(duì)提高了14%,定位精度 相對(duì)提高了 15 %。
[0249] 應(yīng)用場(chǎng)景5
[0250] 參見圖1、圖2,本應(yīng)用場(chǎng)景的一個(gè)實(shí)施例的一種基于無人飛行器和WIFI的交通事 故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng),包括交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)和與交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)相連的全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī),其特征在于,所述交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定子系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)圖像 獲取子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)通信子系統(tǒng)和繪圖子系統(tǒng)。
[0251]優(yōu)選地,所述標(biāo)定子系統(tǒng)包括一套4個(gè)標(biāo)定物,每個(gè)標(biāo)定物上具有WIFI定位模塊和 自身位置WIFI發(fā)送模塊。
[0252] 本發(fā)明上述實(shí)施例定位準(zhǔn)確,大大提高了事故現(xiàn)場(chǎng)勘查的效率、準(zhǔn)確度,減少了人 員消耗和事故造成的間接損失,有效避免了二次交通事故的發(fā)生。
[0253] 優(yōu)選地,所述每個(gè)標(biāo)定物為邊長(zhǎng)20CM的正方形白色平板,中間為半徑10CM的黑色 圓形反光材料,所述WIFI定位模塊和自身位置WIFI發(fā)送模塊位于黑色圓形反光材料和正方 形白色平板之間。
[0254] 本優(yōu)選實(shí)施例能夠節(jié)約定位時(shí)間和準(zhǔn)確度。
[0255] 優(yōu)選的,所述全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1包括衛(wèi)星偽距測(cè)量結(jié)果獲取單元11、衛(wèi)星 測(cè)量偽距誤差消除單元12、位置解算粗差消除單元13,所述衛(wèi)星偽距測(cè)量結(jié)果獲取單元11 用于同時(shí)處理多顆衛(wèi)星的偽距觀測(cè),獲取衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù);所述衛(wèi)星測(cè)量偽距誤差消除 單元12用于消除衛(wèi)星偽距測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差;所述位置解算粗差消除單元13用于采用 最小二乘法對(duì)消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行位置解算,并在解算過程中進(jìn)行粗 差消除,最終獲取所述高精度坐標(biāo)。
[0256] 本優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)建了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的主要架構(gòu)。
[0257] 優(yōu)選的,所述衛(wèi)星偽距測(cè)量結(jié)果獲取單元11采用的衛(wèi)星偽距的測(cè)量計(jì)算公式為:
[0259]式中,M=l,2,…,m為所有觀測(cè)到衛(wèi)星的臨時(shí)編號(hào),P(M)為每顆可見衛(wèi)星的測(cè)量偽 距,r(M)代表每顆衛(wèi)星位置與全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1位置的幾何距離,Sts為全球?qū)Ш叫l(wèi) 星系統(tǒng)接收機(jī)1時(shí)鐘與GPS時(shí)鐘的鐘差,St(M)為每顆衛(wèi)星與GPS時(shí)鐘的鐘差,Y(M)為信號(hào)延時(shí) 誤差,Y(M) = C(M)+D(M)+Z(M)+R(M),C (M)為每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過磁層的延時(shí),D(M)為每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)經(jīng) 過電離層的延時(shí),Z(M)為每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過中性層的延時(shí),R(M)為地球自轉(zhuǎn)效應(yīng)的延時(shí),《| M) 為對(duì)每個(gè)衛(wèi)星信號(hào)的偽距測(cè)量噪聲;
[0260]
,.X為全球?qū)?航衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的位置坐標(biāo)向量,X(M)為衛(wèi)星M的位置坐標(biāo)向量。
[0261] 本優(yōu)選實(shí)施例提出了可見衛(wèi)星的測(cè)量偽距的計(jì)算公式,在偽距的計(jì)算中考慮了各 種延時(shí)誤差,減少了初始定位的時(shí)間,減少了全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的能量損耗,增加 了待機(jī)時(shí)間,提高了衛(wèi)星偽距的測(cè)量精度。
[0262] 優(yōu)選的,所述消除衛(wèi)星偽距測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差包括:
[0263] (1)第一次對(duì)誤差進(jìn)行消除:
[0264]由于衛(wèi)星軌道攝動(dòng),衛(wèi)星在軌位置與真實(shí)位置會(huì)存在偏差P1,采取差分定位法進(jìn) 行消除,誤差消減后偏差為P' i;
[0265] 由于存在時(shí)鐘漂移和相對(duì)論效應(yīng),各個(gè)衛(wèi)星時(shí)鐘不可能與GPS時(shí)間嚴(yán)格同步,存在 鐘差P2,由衛(wèi)星發(fā)布的導(dǎo)航電文進(jìn)行消除,誤差消減后偏差為PS;
[0266] 由于各誤差對(duì)定位精度影響不同,設(shè)定閾值,并引入誤差評(píng)估因子P:
[0267] P= (pi_p71) X (p2_p7 2)
[0268] 若PSTi,則完成第一次的誤差消除,否則,需繼續(xù)進(jìn)行第一次的誤差消除;其中設(shè) 定!^的取值范圍為[30m,50m];
[0269 ]除Sts無法通過接收的可見星信息進(jìn)行修正,可得:
[0271 ]對(duì)其使用Taylor展開并進(jìn)行一階化線性化截?cái)?,忽略剩下的高階項(xiàng),從而使偽距 測(cè)量方程線性化求解:Apw=H ? AX
[0272]
分別為k和k -1時(shí)刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1 相對(duì)衛(wèi)星M的偽距,A X = Xk_Xk-i,Xk和Xk-i分別為k和k-1時(shí)刻全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的位 置;
[0273] (2)第二次對(duì)誤差進(jìn)行消除:
[0274] 經(jīng)過第一次誤差消除,易得:
[0275] :4M) = /)(M) - ||X(M)-義|| - 5r's.
[0276] 為了研究方便,假設(shè)測(cè)量誤差nf3符合獨(dú)立分布的條件,并且符合正態(tài)分布:
[0278]式中,為n;f}標(biāo)準(zhǔn)差,M為可見星的個(gè)數(shù),令:
[0280] w(M)為每個(gè)測(cè)量值對(duì)應(yīng)的權(quán)重:
_ AX通過下式求解:
[0282]每一個(gè)輸出測(cè)量值p(M)對(duì)應(yīng)一個(gè)權(quán)重w(M),并希望權(quán)重w(M)倒數(shù)越大的值在解算中 作用越大,若P(M)測(cè)量誤差越小,w(M)應(yīng)越?。?br>[0283]其中,影響偽距測(cè)量精度的因素包括:與GPS衛(wèi)星本身有關(guān)的誤差Ei、與全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1有關(guān)的誤差E2、與衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度有關(guān)的誤差E3、包括地球潮汐在內(nèi)其它誤 差E4;
[0284] 其中,扮通過導(dǎo)航電文中測(cè)距精度因子N提供給用戶,
[0285] Ei越小時(shí),測(cè)量誤差越小,這滿足加權(quán)算法中對(duì)權(quán)重因子的選擇要求;
[0286] E2由全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1本身預(yù)測(cè)和實(shí)際測(cè)量值得到的,每次測(cè)量誤差都 會(huì)得到與該測(cè)量誤差相關(guān)的一組誤差值,這樣就每次測(cè)量都可以得到與之對(duì)應(yīng)的測(cè)量誤差 的標(biāo)準(zhǔn)差〇 (M):
[0287] w(M) = 〇(M)
[0288] 以該標(biāo)準(zhǔn)差作為權(quán)重因子;
[0289] E3用載噪比表示,采用SIGMA-e模型進(jìn)行誤差衡量,
[0291] a、b為模型參數(shù),No,:為測(cè)量的載噪比,當(dāng)載噪比越大時(shí),測(cè)量誤差也就越小,滿足 了加權(quán)算法中對(duì)權(quán)重因子的選擇要求;
[0292] E4以地球潮汐為例,潮汐引起測(cè)站位移,位移越小,引起的誤差越小,符合權(quán)重因 子選取要求;
[0293] 設(shè)£1424344的權(quán)重因子分別為14^ )、14^)、^4@14;^,對(duì)其進(jìn)行重新加權(quán), 得到:
[0296] (3)確定誤差消減后的定位誤差:
[0297] 確定兩次誤差消減對(duì)定位精度的影響因子分別為QjPQ2,綜合影響因子:
[0298] Q = QiXQ2
[0299]定位精度用距離均方根(DRMS)表示,誤差消減前后定位誤差存在如下關(guān)系:
[0300] DRMSh=QXDRMSq
[0301] DRMSq和DRMSh分別表示誤差消減前后定位誤差。
[0302]本優(yōu)選實(shí)施例通過對(duì)衛(wèi)星偽距測(cè)量過程中的系統(tǒng)誤差進(jìn)行消除,提高了全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī)1的靈敏度,進(jìn)一步提高了衛(wèi)星偽距的測(cè)量精度,從而提高了定位精度。
[0303]優(yōu)選的,所述位置解算粗差消除單元13以計(jì)算機(jī)和濾波器為載體,包括依次連接 的預(yù)處理子單元、位置解算子單元、粗差判斷及消除子單元和濾波子單元;所述預(yù)處理子單 元用于對(duì)所述消除系統(tǒng)誤差后的衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,剔除數(shù)據(jù)異常的衛(wèi)星;所 述位置解算子單元用于根據(jù)預(yù)處理后的衛(wèi)星偽距測(cè)量數(shù)據(jù),采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣 進(jìn)行初始化的定位求解;所述粗差判斷及消除子單元用于判斷位置解算子單元輸出的定位 求解結(jié)果是否存在粗差,若存在粗差,剔除出現(xiàn)粗差的故障衛(wèi)星,若不存在粗差,采用最小 二乘法及新的權(quán)矩陣進(jìn)行迭代計(jì)算,直到定位位置的增量小于預(yù)設(shè)的足夠小的閥值T 2時(shí)終 止迭代,從而確定優(yōu)選的衛(wèi)星,進(jìn)而得到并輸出定位結(jié)果;所述濾波子單元用于對(duì)所述定位 結(jié)果采用卡爾曼濾波進(jìn)行濾波計(jì)算,并輸出最終的定位結(jié)果;
[0304] 其中,所述采用最小二乘法和初始權(quán)矩陣進(jìn)行初始化的定位求解,包括:獲取衛(wèi)星 偽距測(cè)量誤差方程的系數(shù)陣和常數(shù)項(xiàng),根據(jù)衛(wèi)星高度角獲取所述初始權(quán)矩陣;根據(jù)最小二 乘法進(jìn)行定位求解;
[0305] 其中,所述判斷位置解算子單元輸出的定位求解結(jié)果是否存在粗差,包括:根據(jù)衛(wèi) 星的數(shù)目和相應(yīng)的納偽概率和棄真概率進(jìn)行粗差檢驗(yàn),對(duì)檢驗(yàn)的粗差,根據(jù)衛(wèi)星偽距測(cè)量 誤差方程和初始化矩陣計(jì)算出新矩陣,計(jì)算新矩陣各向量之間的距離,采用K-means聚類方 法對(duì)所述各向量之間的距離進(jìn)行聚類分析,判斷向量之間的親疏關(guān)系,從而完成粗差識(shí)別。
[0306] 本優(yōu)選實(shí)施例將最小二乘法、迭代運(yùn)算、聚類方法和濾波計(jì)算相結(jié)合,提高衛(wèi)星優(yōu) 選和定位的精度,在消除偽距測(cè)量誤差后、迭代運(yùn)算之前進(jìn)行是否存在粗差的判斷,并隔離 存在粗差的故障衛(wèi)星,減小了計(jì)算量,進(jìn)一步提高定位準(zhǔn)確度。
[0307]在此應(yīng)用場(chǎng)景中,設(shè)定閾值Ti的取值為50mm,定位速度相對(duì)提高了15%,定位精度 相對(duì)提高了 16 %。
[0308]最后應(yīng)當(dāng)說明的是,以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案,而非對(duì)本發(fā)明保 護(hù)范圍的限制,盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)地說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)理解,可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí) 質(zhì)和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于無人飛行器和WIFI的交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng),包括交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng) 和與交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)相連的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收機(jī),其特征在于,所述交通事故 現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定子系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)圖像獲取子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)通信子系 統(tǒng)和繪圖子系統(tǒng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無人飛行器和WIFI的交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng),其特 征在于,所述標(biāo)定子系統(tǒng)包括一套4個(gè)標(biāo)定物,每個(gè)標(biāo)定物上具有WIFI定位模塊和自身位置 WIFI發(fā)送模塊。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無人飛行器和WIFI的交通事故現(xiàn)場(chǎng)勘查系統(tǒng),其特 征在于,所述每個(gè)標(biāo)定物為邊長(zhǎng)20CM的正方形白色平板,中間為半徑10CM的黑色圓形反光 材料,所述WIFI定位模塊和自身位置WIFI發(fā)送模塊位于黑色圓形反光材料和正方形白色平 板之間。
【文檔編號(hào)】G01C11/00GK106052649SQ201610626005
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月30日
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請(qǐng)人】楊超坤