Gnss盲區(qū)中基于vanet車輛間協(xié)作的慣性導航定位方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及GNSS盲區(qū)車輛自組織網(wǎng)絡VANET中的車輛協(xié)作定位技術、車輛之間的 V2V通信、慣性導航系統(tǒng)INS技術，特別涉及一種基于車輛之間協(xié)作的INS導航定位方法。
【背景技術】
[0002] 目前，車輛定位技術有很多，其中，全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS，GlobalNavigation SatelliteSystems)是使用最多的定位系統(tǒng)，也被認為是為智能交通系統(tǒng)應用提供位置信 息服務的關鍵技術，許多應用系統(tǒng)都采用GNSS技術來提供高精度的位置信息。導航以及基 于位置的信息服務，特別是車輛安全和緊急避險等都需要精確的位置信息作為前提，在很 大程度上依賴車輛位置信息。GNSS技術目前可以提供10米左右精度的位置信息，無法滿足 車輛安全在內的高精度定位要求，再加上在城市密集區(qū)或隧道等區(qū)域，GNSS信號被遮擋，無 法獲取車輛位置信息，這也是車輛安全應用面臨的挑戰(zhàn)。
[0003] 為了彌補GNSS盲區(qū)定位的不足，常使用慣性導航INS定位技術，INS雖然具備不 依賴外界信號，同時不受外界信號的干擾，穩(wěn)定性較高，重量輕、體積小易于維護，短時間內 定位精度高的優(yōu)點，但是INS單獨定位時存在誤差隨時間積累的特點，較長時間的定位中， 由于誤差積累造成定位精度的嚴重下降，因此不適合長時間的單獨的車輛定位。將INS與 GNSS技術進行組合定位，可以實現(xiàn)彼此的優(yōu)勢互補，有效地解決GNSS盲區(qū)的定位問題，從 而實現(xiàn)較好的車輛定位及導航等應用。因此，近年來INS與GNSS的組合定位成為了導航定 位的研宄熱點。GNSS技術、INS技術的單獨定位，或兩者結合的組合定位，都屬于單節(jié)點的 獨立定位，定位精度難以滿足車輛安全在內的現(xiàn)代ITS應用的可行性要求。高精度的數(shù)字 地圖可以用來修正GNSS或INS技術的定位誤差，從而提高定位精度，但是數(shù)字地圖技術不 能單獨用來定位。
[0004] 為了應對單節(jié)點定位精度不高以及適用性和定位精度受限帶來的挑戰(zhàn)，基于車與 車，車與基礎設施，車與人等相互通信的現(xiàn)代協(xié)作定位技術應運而生?，F(xiàn)代協(xié)作定位技術是 在車載自組網(wǎng)下的車輛間相互合作的定位技術，該技術通過車與車、車與路邊設施等通信， 獲取鄰近參考點的位置速度等信息，再將接收到的數(shù)據(jù)與本地數(shù)據(jù)根據(jù)融合算法進行融合 處理，然后充分利用多源數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，協(xié)調相互作用的結果，獲取更加準確的數(shù)據(jù)信息，進 而在GNSS信號覆蓋盲區(qū)實現(xiàn)定位，在GNSS信號較強地區(qū)實現(xiàn)增強GNSS定位的目的。
[0005] 現(xiàn)有的技術方案一
[0006] 慣性導航INS定位技術，通過在車載上安裝慣性測量單元（即：MU)，如陀螺儀與 加速度計等敏感系統(tǒng)的導航參數(shù)解算系統(tǒng)，提供車輛運動情況下的加速度和方位角信息， 再通過航位推算得到目標車輛的位置與速度信息。INS雖然具備不依賴外界信號，同時不受 外界信號的干擾，穩(wěn)定性較高，重量輕、體積小易于維護，短時間內定位精度高的優(yōu)點。GNSS 技術進行組合定位，可以實現(xiàn)彼此的優(yōu)勢互補，有效地解決GNSS盲區(qū)的定位問題，從而實 現(xiàn)較好的車輛定位及導航等應用。但是，INS雖然具備不依賴外界信號，同時不受外界信號 的干擾，穩(wěn)定性較高，重量輕、體積小易于維護，短時間內定位精度高的優(yōu)點，但是INS單獨 定位時存在誤差隨時間積累的特點，較長時間的定位中，由于誤差積累造成定位精度的嚴 重下降，因此不適合長時間的單獨的車輛定位。
[0007] 現(xiàn)有的技術方案二
[0008] 組合導航是兩種或兩種以上的導航技術的組合，組合導航一般有互補功能，即組 合后的導航功能雖然與各分系統(tǒng)的導航功能相同，但是合理的利用了分系統(tǒng)的特點，從而 擴大了適用范圍和導航精度，并且有余度功能，增加了系統(tǒng)的可靠性。目前應用較多的是 INS/GNSS組合的定位技術，先利用GNSS的數(shù)據(jù)作為基數(shù)據(jù)，在其基礎上利用INS技術實現(xiàn) 盲區(qū)的定位，對于GNSS信號盲區(qū)短時間的定位來說，可以為其提供很好的信息補充。但是， 組合定位技術仍然需要INS在盲區(qū)中的自主定位，長時間定位時定位誤差積累問題仍然無 法消除；而且無論是GNSS技術、INS技術以，或兩者結合的組合定位，都屬于單節(jié)點的獨立 定位，定位精度難以滿足車輛安全在內的現(xiàn)代ITS應用的可行性要求。而本發(fā)明能夠很好 地解決上面的問題。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明目的在于提供了一種GNSS盲區(qū)中基于VANET車輛間協(xié)作的慣性導航定位 方法，該方法在GNSS盲區(qū)使用慣性導航定位技術進行單獨定位的基礎上，引入?yún)f(xié)作定位的 理念，解決GNSS盲區(qū)中單獨使用慣性導航INS進行定位時定位誤差隨時間積累造成的定位 性能較差問題，它包括以下步驟：首先，車輛之間通過DSRC進行通信，共享車輛自身的INS 位置信息、里程儀的速度信息，ID等；其次，各車輛根據(jù)接收到的鄰近車輛的速度信息等檢 測車輛與鄰近車輛"相遇"時刻；再次，根據(jù)相遇時刻得到車輛相遇時的距離；然后，利用航 位推算將本地的INS位置信息和車輛之間的距離，得到車輛的絕對位置；最后，再使用數(shù)字 地圖技術修正最終的位置信息。本發(fā)明的有益效果是：在發(fā)揮INS定位技術補充GNSS信號 盲區(qū)的位置和速度信息的優(yōu)勢的同時，根據(jù)車輛間通信帶來的多源數(shù)據(jù)優(yōu)勢，減小INS隨 時間積累的測量誤差，再利用數(shù)字地圖技術進一步修正測量誤差，從而獲得高精度的盲區(qū) 車輛絕對位置信息。
[0010] 本發(fā)明解決其技術問題所采取的技術方案是：一種GNSS盲區(qū)中基于VANET車輛間 協(xié)作的慣性導航定位方法，該方法包括如下步驟：
[0011] 步驟1:車輛通過廣播發(fā)送各自的位置速度消息，鄰近車輛接收周圍車輛發(fā)送的 消息并存儲至本地空間。
[0012] 步驟2 :各車輛根據(jù)觀測到的鄰近車輛信號的多普勒頻移以及鄰近車輛廣播消息 中包含的速度等信息，利用匹配濾波器時間檢測方法得到峰值輸出時刻，根據(jù)峰值輸出時 刻得到車輛與鄰近車輛的"相遇"時刻，由"相遇"時刻得到車輛相遇時的距離。
[0013] 步驟3 :利用航位推算數(shù)據(jù)融合處理車輛本地的INS位置信息和車輛之間的距離， 得到車輛的絕對位置。
[0014] 步驟4 :使用數(shù)字地圖技術修正得到最終的位置信息。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的方法流程圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明GNSS盲區(qū)車輛間協(xié)作慣性導航定位。
[0017] 有益效果：
[0018] 1、本發(fā)明在GNSS盲區(qū)中，可以使用INS/GNSS組合的方式實現(xiàn)盲區(qū)的定位，但是組 合定位技術仍然是單一目標車輛的定位，定位性能仍然不足，VANET下的協(xié)作定位技術是多 目標車輛相互協(xié)作的定位技術，可以提高定位的精度。
[0019] 2、本發(fā)明在協(xié)作定位技術中，暫時還未出現(xiàn)INS的協(xié)作定位，本發(fā)明發(fā)揮INS定位 技術補充GNSS信號盲區(qū)的位置和速度信息的優(yōu)勢的同時，利用基于車輛間協(xié)作帶來的多 源數(shù)據(jù)，減小INS的積累誤差，改善INS單獨定位的性能。
[0020] 3、本發(fā)明在協(xié)作減小INS積累誤差的基礎上，再利用數(shù)字地圖技術進一步修正測 量誤差，從而獲得高精度的盲區(qū)車輛絕對位置信息。
[0021] 4、本發(fā)明在發(fā)揮INS定位技術補充GNSS信號盲區(qū)的位置和速度信息的優(yōu)勢的同 時，根據(jù)車輛間通信帶來的多源數(shù)據(jù)優(yōu)勢，減小INS隨時間積累的測量誤差，再利用數(shù)字地 圖技術進一步修正測量誤差，從而獲得高精度的盲區(qū)車輛絕對位置信息。
【具體實施方式】
[0022] 下面結合說明書附圖對本發(fā)明創(chuàng)造作進一步的詳細說明。
[0023] 如圖1所示，一種GNSS盲區(qū)中基于VANET車輛間協(xié)作的慣性導航定位方法，該方 法包括如下步驟：
[0024] 步驟1 :車輛通過廣播發(fā)送各自的位置速度消息，鄰近車輛接收周圍車輛發(fā)送的 消息并存儲至本地空間。
[0025] 步驟2:各車輛根據(jù)觀測到的鄰近車輛信號的多普勒頻移以及鄰近車輛廣播消息 中包含的速度等信息，利用匹配濾波器時間檢測方法得到峰值輸出時刻，根據(jù)峰值輸出時 刻得到車輛與鄰近車輛的"相遇"時刻，由"相遇"時刻得到車輛相遇時的距離。
[0026] 步驟3 :利用航位推算數(shù)據(jù)融合處理車輛本地的INS位置信息和車輛之間的距離， 得到車輛的絕對位置。
[0027] 步驟4 :使用數(shù)字地圖技術修正得到最終的位置信息。
[0028] 本發(fā)明在隧道或城市密集區(qū)，GNSS信號被阻擋，定位性能大大降低，這種情況下常 使用慣性導航INS進行絕對定位。傳統(tǒng)的車輛定位中已有大量的INS應用實例，但是INS定 位誤差具有隨時間積累的特性，比較經(jīng)典的誤差累積是時間超過30秒時，誤差超過50米， 而且在VANET下車輛協(xié)作定位中仍未出現(xiàn)INS的應用。由于協(xié)作定位需要兩個以上的獨立 部分進行通信，共享彼此的位置信息，所以GNSS盲區(qū)中廣泛使用INS/GNSS組合定位技術不 能看作協(xié)作定位技術。本發(fā)明關注VANET下的V2V基礎上的INS定位技術，利用INS的定 位優(yōu)勢，提出一種新的協(xié)作定位技術，實現(xiàn)GNSS盲區(qū)的車輛絕對定位。如圖2所示處于盲 區(qū)中的車輛可以通過V2V通信接收周圍車輛廣播的位置速度信息；并通過觀測周圍車輛廣 播信號的多普勒頻移結合廣播信號中包含的位置速度信息確定當前車輛與鄰近車輛的"相 遇"時刻；繼而根據(jù)此"相遇"時刻得到本車與鄰近車輛的相對距離，使用航位推算數(shù)據(jù)融合 處理得到車輛的絕對位置；最后使用數(shù)字地圖修正得到最終的位置信息。