[发明专利]一种多基站卫星差分定位和惯导组合的车辆精准定位方法

说明书

技术领域

本发明是一种涉及卫星实时差分技术、惯性导航、数据融合和无线宽带数据通信的精确定位方法，可连续为车辆提供高精度的定位服务。

背景技术

智能交通系统将先进电子信息技术应用于交通运输中，实现高效增值的服务，其中很多业务都是以车辆位置信息为基础的，因此定位系统是智能交通系统中一个基础平台。 智能交通系统可以使用卫星定位导航系统，通过天基卫星为地面车辆提供位置服务。 目前，装配在车辆上的GNSS(卫星定位导航）接收机只能依靠自身接收卫星信号来完成单点定位（SPP），其位置信息精度通常在几米到十几米之间。这种级别的精度只可以用于普通导航以及对精度要求不高的业务。但是智能交通中越来越多的新业务要求至少亚米级的定位精度，比如精细道路交通管理、车辆车道级定位、安全辅助驾驶、车路协同、自动驾驶等，目前使用的这种定位方法的定位精度就存在显著不足。

驾驶员在高速驾驶过程中如果出现疲劳或者注意力不集中的情况，很容易发生事故。在安全辅助驾驶方面，如果能够提供移动车辆的精确位置，将有助于更安全的驾驶行为，降低事故发生率。先进的智能交通系统在车辆防碰撞提醒、变道危险提醒、车距危险提醒等安全辅助驾驶方面和自动驾驶辅助导航中有着越来越高的需求，而这些应用均要求能够稳定实时的获得至少亚米级甚至更高精度的定位服务，所以目前车辆使用的SPP卫星定位平台无法达到安全驾驶方面的性能要求。

RTK（实时动态）技术是一种为动态终端提供精密定位的卫星差分定位技术，在本发明中，RTK指基于伪距或者载波相位测量值的一种相对定位的差分技术，能够获得高达厘米级的定位精度。在RTK差分中，基准站把伪距和载波相位测量值发送给移动站，而移动站利用这些数据，结合本地伪距和载波相位观测量进行差分运算，从而获得移动站的高精度位置信息。

伪距差分也是一种卫星实时差分定位技术，能够提供高达分米级的定位精度。在伪距差分中，基准站广播伪距差分校正量，移动站利用伪距差分校正量对本地接收机的伪距测量值进行校准，然后按照SPP的方法计算移动站的PVT（位置、速度和时间）信息。

虽然卫星差分定位可以给车辆提供高精度的定位服务，但是如果单独依赖卫星差分定位，仍然存在一个缺陷：由于该系统完全依赖卫星信号，所以只能在卫星信号良好的开阔地带运行，一旦车辆进入隧道、高架桥或者“城市峡谷”中， 卫星信号被建筑物、桥梁或者隧道所阻挡，车辆将很难获得精确的定位信息。此外，宽带无线通信在传输信号的过程中也可能出现数据丢包等间歇性中断的情况，这时移动车辆将无法获得基站发送的差分数据，这也会导致车辆不能获得精确的定位信息。因此在上述情况下，该系统都难以在整个路段上为车辆提供无缝的高精度定位服务。

惯性导航系统（INS）是以陀螺和加速度计作为传感器件的导航解算系统，该系统根据陀螺和加速度计的测量值解算出载体在导航坐标系中的速度、位置和姿态信息。惯性导航系统是一种不依赖于外部信息的自主式导航系统，可全天候工作，提供位置、速度和航向等数据，数据更新率高、短期精度和稳定性好，所产生的导航信息连续性好而且噪声低。但是INS的缺陷在于其输出的位置误差会随着时间而积累。

当卫星信号被阻挡或者无线数据传输中断的情况发生时，这种间歇性中断的状态持续时间通常较短，一般为几十毫秒到几分钟之间。在这种短时间内，INS系统提供的连续位置和速度信息可以保持很高的精确度。

惯性导航系统和卫星定位系统具有很强的互补特性。利用其各自的优点，卫星差分定位系统和惯性导航系统可以构建一个组合型差分定位导航系统，为车辆提供连续无缝的高精度定位导航服务，当卫星信号接收和无线通信状态良好的时候，由卫星差分定位系统和INS共同完成车辆的精准定位导航，当卫星信号或者无线通信出现短暂中断的时候，由INS继续提供连续的高精度定位和速度信息。

申请人曾于2016年8月19日申请了名为“一种基于惯性导航和卫星差分定位的车辆精准定位方法”（申请号为201610686099.4）的发明专利，首次提到将差分定位和惯导组合系统用于车辆精准定位。 在该发明中，基站以相同的数据更新频率把差分数据的广播给所有车辆，但是实际上，不同速率的车辆对于差分数据的需求是不一样的，不同道路环境下的行驶车辆对差分数据的需求也是不一样的。另外，在该发明中，移动端只采用了一个基准站的数据，执行的是单基站的差分定位。 但是实际上，车辆会常常处于多个基准站共同覆盖的区域，如果移动端能够对多个基准站完成多基站联合差分定位解算，可以改善定位精度和稳定性。

发明内容