本發(fā)明涉及一種融合了慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星實(shí)時(shí)差分技術(shù)和無(wú)線寬帶數(shù)據(jù)通信的精確定位方法，連續(xù)為車輛提供高精度的定位服務(wù)。

背景技術(shù)：

智能交通系統(tǒng)將先進(jìn)電子信息技術(shù)應(yīng)用于交通運(yùn)輸中，實(shí)現(xiàn)高效增值的服務(wù)，其中很多業(yè)務(wù)都是以車輛位置信息為基礎(chǔ)的，因此定位系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)中一個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)。 智能交通系統(tǒng)可以使用衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)，通過(guò)天基衛(wèi)星為地面車輛提供位置服務(wù)。 目前，裝配在車輛上的GNSS（衛(wèi)星定位導(dǎo)航）接收機(jī)只能依靠自身接收衛(wèi)星信號(hào)來(lái)完成單點(diǎn)定位（SPP），其位置精度通常在幾米到十幾米之間。這種級(jí)別的精度只可以用于普通導(dǎo)航以及對(duì)精度要求不高的業(yè)務(wù)。但是智能交通中越來(lái)越多的新業(yè)務(wù)要求至少亞米級(jí)的定位精度，比如精細(xì)道路交通管理、車輛車道級(jí)定位、安全輔助駕駛、車路協(xié)同、無(wú)人駕駛輔助導(dǎo)航等，目前使用的這種定位方法的定位精度就存在顯著不足。

駕駛員在高速駕駛過(guò)程中如果出現(xiàn)疲勞或者注意力不集中的情況，很容易發(fā)生事故。在安全輔助駕駛方面，如果能夠提供移動(dòng)車輛的精確位置，將有助于更安全的駕駛行為，降低事故發(fā)生率。先進(jìn)的智能交通系統(tǒng)在車輛防碰撞提醒、變道危險(xiǎn)提醒、車距危險(xiǎn)提醒等安全輔助駕駛方面和自動(dòng)駕駛輔助導(dǎo)航中有著越來(lái)越高的需求，而這些應(yīng)用均要求能夠穩(wěn)定實(shí)時(shí)的獲得至少亞米級(jí)甚至更高精度的定位服務(wù)，所以目前車輛使用的SPP衛(wèi)星定位平臺(tái)無(wú)法達(dá)到安全駕駛方面的性能要求。

RTK（實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)）技術(shù)是一種為動(dòng)態(tài)終端提供精密定位的衛(wèi)星差分定位技術(shù)，在本發(fā)明中，RTK指基于偽距或者載波相位測(cè)量值的一種相對(duì)定位的差分技術(shù)，能夠獲得高達(dá)厘米級(jí)的定位精度。在RTK差分中，基準(zhǔn)站廣播偽距和載波相位測(cè)量值，而移動(dòng)站利用這些數(shù)據(jù)，結(jié)合本地偽距和載波相位觀測(cè)量進(jìn)行差分運(yùn)算，從而獲得移動(dòng)站的高精度位置信息。

偽距差分也是一種衛(wèi)星實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)，能夠提供高達(dá)分米級(jí)的定位精度。在偽距差分中，基準(zhǔn)站廣播偽距差分校正量，移動(dòng)站利用偽距差分校正量對(duì)本地接收機(jī)的偽距測(cè)量值進(jìn)行校準(zhǔn)，然后按照SPP的方法計(jì)算移動(dòng)站的PVT（位置、速度和時(shí)間）信息。

雖然衛(wèi)星差分定位可以給車輛提供高精度的定位服務(wù)，但是如果單獨(dú)依賴衛(wèi)星差分定位，仍然存在一個(gè)缺陷：由于該系統(tǒng)完全依賴衛(wèi)星信號(hào)，所以只能在衛(wèi)星信號(hào)良好的開闊地帶運(yùn)行，一旦車輛進(jìn)入隧道、高架橋或者“城市峽谷”中， 衛(wèi)星信號(hào)被建筑物、橋梁或者隧道所阻擋，車輛將很難獲得精確的定位信息。此外，寬帶無(wú)線通信在傳輸信號(hào)的過(guò)程中也可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包等間歇性中斷的情況，這時(shí)移動(dòng)車輛將無(wú)法獲得基站發(fā)送的差分?jǐn)?shù)據(jù)，從而無(wú)法進(jìn)行差分定位，這也會(huì)導(dǎo)致車輛不能獲得精確的定位信息。因此在上述情況下，該系統(tǒng)都難以在整個(gè)路段上為車輛提供無(wú)縫的高精度定位服務(wù)。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）是以陀螺和加速度計(jì)作為傳感器件的導(dǎo)航解算系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)陀螺的測(cè)量值和加速度計(jì)的測(cè)量值解算出載體在導(dǎo)航坐標(biāo)系中的速度和位置。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是一種不依賴于外部信息的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)，可全天候工作，提供位置、速度和航向等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)更新率高、短期精度和穩(wěn)定性好，所產(chǎn)生的導(dǎo)航信息連續(xù)性好而且噪聲低。但是INS的缺陷在于其輸出的位置誤差會(huì)隨著時(shí)間而積累增大。

當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)被阻擋或者無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸中斷的情況發(fā)生時(shí)，這種間歇性中斷的狀態(tài)持續(xù)時(shí)間通常較短，一般為幾十毫秒到幾分鐘之間。在這種短時(shí)間內(nèi)，INS系統(tǒng)提供的連續(xù)位置和速度信息可以保持很高的精確度。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和衛(wèi)星定位系統(tǒng)具有很強(qiáng)的互補(bǔ)特性。利用其各自的優(yōu)點(diǎn)，衛(wèi)星差分定位系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)可以構(gòu)建一個(gè)組合型差分定位導(dǎo)航系統(tǒng)，為車輛提供連續(xù)無(wú)縫的高精度定位導(dǎo)航服務(wù)，當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)接收和無(wú)線通信狀態(tài)良好的時(shí)候，由衛(wèi)星差分定位系統(tǒng)和INS共同完成車輛的精準(zhǔn)定位導(dǎo)航，當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)或者無(wú)線通信出現(xiàn)短暫中斷的時(shí)候，由INS繼續(xù)提供連續(xù)的高精度定位和速度信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是： 針對(duì)上述智能交通中業(yè)務(wù)需求和現(xiàn)有系統(tǒng)不足，提供一種能夠滿足車輛分米級(jí)至厘米級(jí)定位要求的無(wú)縫定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)融合了慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)和無(wú)線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)被阻擋時(shí)車輛的高精度定位，為車輛提供車道級(jí)的連續(xù)定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)，并且為更高層的相關(guān)業(yè)務(wù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

本作者查閱了現(xiàn)有發(fā)明專利以及技術(shù)文獻(xiàn)資料，還沒(méi)有出現(xiàn)類似本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種用于獲取車輛精確位置、速度信息的定位導(dǎo)航方法，融合了慣性定位導(dǎo)航、衛(wèi)星實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)以及無(wú)線寬帶數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)包括基準(zhǔn)站和移動(dòng)端兩個(gè)部分，基準(zhǔn)站部分安裝在基站上，移動(dòng)端部分則安裝在車輛上，其中：

基準(zhǔn)站部分包括一個(gè)GNSS基準(zhǔn)站接收機(jī)和無(wú)線寬帶通信模塊，GNSS基準(zhǔn)站接收機(jī)負(fù)責(zé)產(chǎn)生差分?jǐn)?shù)據(jù)，差分?jǐn)?shù)據(jù)包含偽距差分校正量、偽距觀測(cè)值和載波相位觀測(cè)值，同時(shí)把這些差分?jǐn)?shù)據(jù)部分或者全部發(fā)送給無(wú)線寬帶通信模塊，無(wú)線寬帶通信模塊負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)據(jù)廣播出去；

移動(dòng)端部分包括一個(gè)無(wú)線寬帶通信模塊和組合定位系統(tǒng)，無(wú)線寬帶通信模塊負(fù)責(zé)接收差分?jǐn)?shù)據(jù)，并把差分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給組合定位系統(tǒng)，組合定位系統(tǒng)由GNSS差分定位系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)組成， 完成車輛的精準(zhǔn)定位，并輸出PVT信息；

所述基準(zhǔn)站部分通過(guò)無(wú)線通信和移動(dòng)端部分鏈接。

所述基準(zhǔn)站部分的 GNSS基準(zhǔn)站接收機(jī)已知本地基站的高精度位置信息，并配置成基準(zhǔn)站工作模式，實(shí)時(shí)接收GPS、GLONASS、北斗或者Galileo的一個(gè)或者多個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)，獲得偽距觀測(cè)量以及載波相位觀測(cè)量，同時(shí)基于本地已知的高精度位置信息計(jì)算出偽距差分校正量， 并將這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)編碼組包后發(fā)送給無(wú)線寬帶通信模塊。

所述基準(zhǔn)站部分的GNSS基準(zhǔn)站接收機(jī)發(fā)送給無(wú)線寬帶通信模塊的數(shù)據(jù)包含了基站高精度位置信息，也包含了偽距觀測(cè)量、載波相位觀測(cè)量，或者偽距差分校正量，其中：

當(dāng)載波相位和偽距觀測(cè)量可用時(shí)，GNSS基準(zhǔn)站接收機(jī)把載波相位和偽距觀測(cè)量發(fā)送給寬帶通信模塊；

當(dāng)載波相位和偽距觀測(cè)量不可用，而偽距差分校正量可用時(shí)，GNSS基準(zhǔn)站接收機(jī)把偽距差分校正量發(fā)送給寬帶通信模塊。

所述基準(zhǔn)站部分的 GNSS基準(zhǔn)站接收機(jī)和寬帶通信模塊之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a格式可以采用RTCM，也可以采用其他格式。

所述基準(zhǔn)站部分的無(wú)線寬帶通信模塊是具備寬帶無(wú)線通信功能的系統(tǒng)，可以采用3G或者4G系統(tǒng)，也可以采用自主設(shè)計(jì)的具備寬帶無(wú)線通信功能的系統(tǒng)，用于完整播發(fā)來(lái)自GNSS基準(zhǔn)站接收機(jī)的數(shù)據(jù)。

所述移動(dòng)站部分的無(wú)線寬帶通信模塊采用和基站無(wú)線寬帶通信模塊相對(duì)應(yīng)的接收系統(tǒng)，用于接收播發(fā)的差分信息，并把收到的數(shù)據(jù)送給組合定位系統(tǒng)，其中：如果沒(méi)有接收到播發(fā)的差分信息，需要通知組合定位系統(tǒng)；如果接收到兩個(gè)或者兩個(gè)以上基站播發(fā)的數(shù)據(jù)，選擇其中一個(gè)基站的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)完整轉(zhuǎn)發(fā)給組合定位系統(tǒng)。

所述移動(dòng)站部分的組合定位系統(tǒng)由GNSS差分定位系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)基于松耦合方式集成，但不限于此，也可以基于緊耦合或者深耦合的方式集成，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端的PVT信息輸出。

所述移動(dòng)站部分的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)包括陀螺儀和加速度計(jì)傳感器。

所述移動(dòng)站部分的組合定位系統(tǒng)基于松耦合方式組合時(shí)，GNSS差分定位系統(tǒng)同GNSS基準(zhǔn)站接收機(jī)具有相同的衛(wèi)星信號(hào)接收能力，可實(shí)時(shí)接收GPS、GLONASS、北斗或者Galileo的一個(gè)或者多個(gè)導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)，同時(shí)獲得基準(zhǔn)站播發(fā)的差分?jǐn)?shù)據(jù)，并執(zhí)行相應(yīng)的算法，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)測(cè)量移動(dòng)端的角速率和加速度矢量，并執(zhí)行慣性導(dǎo)航算法，其中：

當(dāng)無(wú)線寬帶通信模塊沒(méi)有收到播發(fā)的基準(zhǔn)站差分信息，同時(shí)GNSS差分定位系統(tǒng)也無(wú)法接收到三顆以上衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，組合定位系統(tǒng)由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)輸出車輛的位置和速度信息；當(dāng)無(wú)線寬帶通信模塊沒(méi)有收到播發(fā)的差分信息，而GNSS差分定位系統(tǒng)可以接收到三顆以上衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，GNSS差分定位系統(tǒng)執(zhí)行單點(diǎn)定位算法；當(dāng)基準(zhǔn)站播發(fā)的差分信息和GNSS衛(wèi)星信號(hào)都可用的時(shí)候，GNSS差分定位系統(tǒng)執(zhí)行衛(wèi)星差分算法；

GNSS/INS組合算法模塊將GNSS差分定位系統(tǒng)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的算法結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，對(duì)INS的速度、位置以及傳感器誤差進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，獲得INS的誤差校正量，并反饋回慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其中慣性導(dǎo)航單元計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻移動(dòng)端的位置、速度和姿態(tài)信息。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明融合慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星實(shí)時(shí)差分技術(shù)和無(wú)線寬帶數(shù)據(jù)通信技術(shù)，不僅能夠?yàn)橐苿?dòng)終端提供高精度的位置和速度信息，也能夠解決當(dāng)衛(wèi)星信號(hào)被阻擋或者無(wú)線通信鏈路間歇性中斷情況下難以獲得高精度位置數(shù)據(jù)的難題。本發(fā)明可以構(gòu)建一個(gè)無(wú)縫覆蓋的精確定位系統(tǒng)，為車輛提供實(shí)時(shí)穩(wěn)定的分米級(jí)或者厘米級(jí)精度的定位服務(wù)，為智能交通中越來(lái)越多的創(chuàng)新業(yè)務(wù)提供基礎(chǔ)定位數(shù)據(jù)支持。

通過(guò)獲得高精度的定位信息，能夠?qū)⒁苿?dòng)車輛定位到具體的車道。在安全輔助駕駛方面就能夠?qū)崿F(xiàn)基于車道級(jí)超速提醒、違規(guī)駕駛提醒、彎道減速提醒等應(yīng)用；在智能精確導(dǎo)航方面就可以提供車道級(jí)導(dǎo)航、合理及時(shí)的變道提醒等應(yīng)用；在自動(dòng)駕駛和控制方面，能夠?qū)崿F(xiàn)車道級(jí)的速度控制、安全駕駛輔助控制等應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)例的系統(tǒng)部署和工作圖

圖2為本實(shí)例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

圖3為本實(shí)例中移動(dòng)端組合定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

圖4 為本實(shí)例中移動(dòng)端的主體流程圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

圖1為本實(shí)例的系統(tǒng)部署和工作圖， 基站1-1是3G/4G無(wú)線通信系統(tǒng)的傳統(tǒng)基站，也可以是為本系統(tǒng)專門架設(shè)的基站?；?-1固定并設(shè)立在道路附近，基站1-1之間的距離可從幾百米到數(shù)公里不等，為保證定位精度，一般不超過(guò)10公里。 基站1-1接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)，并負(fù)責(zé)廣播偽距差分校正量、偽距和載波相位觀測(cè)量等用于差分定位的數(shù)據(jù)?；?-3和基站1-1具有同樣的裝備和工作模式。

移動(dòng)端1-2安裝在車輛上，移動(dòng)端1-2接收GNSS衛(wèi)星信號(hào)和附近基站播發(fā)的數(shù)據(jù)，在組合定位系統(tǒng)中實(shí)時(shí)計(jì)算出移動(dòng)車輛的當(dāng)前精確位置、速度和時(shí)間信息。為了保障車輛在行駛過(guò)程始終能夠接收到基站的信號(hào)，基站1-3和基站1-1的覆蓋范圍會(huì)有重疊。當(dāng)車輛處于基站1-3的單獨(dú)覆蓋區(qū)時(shí)，接收基站1-3播發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行定位解算，當(dāng)車輛行駛進(jìn)入基站1-3和基站1-1的重疊覆蓋區(qū)時(shí)，車輛能夠同時(shí)收到基站1-3和基站1-1播發(fā)的數(shù)據(jù)，但是車輛選擇使用其中一個(gè)基站的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行定位解算，當(dāng)車輛處于基站1-1的單獨(dú)覆蓋區(qū)時(shí)，車輛接收基站1-1播發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行定位解算。

圖2展示了本實(shí)例的系統(tǒng)框架，包括基準(zhǔn)站部分2-1和移動(dòng)端部分2-6?；鶞?zhǔn)站部分2-1裝在基站上，本實(shí)例中以基站1-1為例，包括一個(gè)GNSS基準(zhǔn)站接收機(jī)2-2和無(wú)線寬帶通信模塊2-3，GNSS接收機(jī)2-2配置成基準(zhǔn)站工作模式。本發(fā)明中的基準(zhǔn)站工作模式是指GNSS接收系統(tǒng)接收導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，并負(fù)責(zé)計(jì)算出用于差分定位的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)向外發(fā)送?；鶞?zhǔn)站接收機(jī)2-2已經(jīng)存儲(chǔ)了本地基站1-1的高精度位置信息，此位置可以在部署時(shí)通過(guò)精密測(cè)量技術(shù)事先獲取。

GNSS基準(zhǔn)站接收機(jī)2-2可以是單頻點(diǎn)或者多頻點(diǎn)的多模衛(wèi)星接收機(jī)。因?yàn)槟壳坝蠫PS、GLONASS、北斗或者Galileo四種衛(wèi)星系統(tǒng)，如果是單頻點(diǎn)單模接收機(jī)，則GNSS接收機(jī)2-2只能接收其中的單個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)。如果是多頻點(diǎn)的多模接收機(jī)，GNSS接收機(jī)2-2可以接收到兩個(gè)或者兩個(gè)以上衛(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)。接收機(jī)2-2通過(guò)衛(wèi)星接收天線2-4實(shí)時(shí)接收衛(wèi)星信號(hào)，并根據(jù)實(shí)時(shí)接收到的衛(wèi)星信號(hào)估算基站1-1的位置信息，接收機(jī)2-2把基站1-1已知的精確位置信息和當(dāng)前估算出來(lái)的位置做比較，計(jì)算出偽距差分校正量，計(jì)算方法如下：

其中 是基于已知精確位置信息而求得接收機(jī)和衛(wèi)星之間的距離，是基于估算位置而求得接收機(jī)和衛(wèi)星之間的距離，即為偽距差分校正量。接收機(jī)2-2也計(jì)算出當(dāng)前可見(jiàn)衛(wèi)星的偽距和載波相位等觀察量。

當(dāng)載波相位和偽距觀測(cè)量可用時(shí)，接收機(jī)2-2把載波相位和偽距觀測(cè)量發(fā)送給寬帶通信模塊2-3。當(dāng)載波相位和偽距觀測(cè)量不可用，而偽距差分校正量可用時(shí)，接收機(jī)2-2把偽距差分校正量發(fā)送給寬帶通信模塊2-3。 因此根據(jù)不同類型數(shù)據(jù)的可用性，接收機(jī)2-2把這些數(shù)據(jù)連同基站高精度位置信息經(jīng)過(guò)編碼組包后發(fā)送為寬帶通信模塊2-3。

接收機(jī)2-2發(fā)送給寬帶通信模塊2-3的數(shù)據(jù)格式采用RTCM編碼標(biāo)準(zhǔn)。需要說(shuō)明的是，接收機(jī)2-2和通信模塊2-3之間的傳輸數(shù)據(jù)格式并不限于RTCM，也可以改用其他國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)格式或者自定義數(shù)據(jù)格式。寬帶通信模塊2-3接收到這些差分?jǐn)?shù)據(jù)后，將其視作一種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)打包，通過(guò)天線2-5廣播出去。此寬帶通信模塊2-3使用3G或者4G通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通道來(lái)廣播這些差分信息。需要說(shuō)明的是，寬帶通信模塊2-3也可以選擇其他類型的寬帶通信系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)播發(fā)，并不受限于3G或者4G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。

移動(dòng)端部分2-6安裝在車輛上，包括一個(gè)組合定位系統(tǒng)2-8和無(wú)線寬帶通信模塊2-7。通信模塊2-7配置有和通信模塊2-3相同的通信系統(tǒng)，通過(guò)天線2-9接收來(lái)自基準(zhǔn)站2-1播發(fā)的包含有差分信息的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，解包后獲得RTCM格式的差分?jǐn)?shù)據(jù)，并送入組合定位系統(tǒng)2-8。當(dāng)通信模塊2-7接收到兩個(gè)以及兩個(gè)以上基站播發(fā)的差分?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，按照信噪比最大的判決條件，選擇其中一個(gè)基站播發(fā)的數(shù)據(jù)。組合定位系統(tǒng)2-8獲取到基準(zhǔn)站差分信號(hào)和衛(wèi)星信號(hào)后，實(shí)時(shí)計(jì)算出車輛當(dāng)前時(shí)刻的精確PVT信息。

本實(shí)例中，移動(dòng)端組合定位系統(tǒng)2-8是由一個(gè)GNSS差分定位系統(tǒng)3-1和一個(gè)INS慣性導(dǎo)航系統(tǒng)3-2基于閉環(huán)的松耦合方式構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。需要說(shuō)明的是，由GNSS和INS的組合方式并不限于本實(shí)例所述，除了本實(shí)例外，還可以采用緊耦合或者深耦合等方式。閉環(huán)組合是指被估算的位置、速度和姿態(tài)誤差反饋給INS系統(tǒng)，被用來(lái)校正INS的測(cè)量值以及定位解。差分?jǐn)?shù)據(jù)判決模塊3-4負(fù)責(zé)接收無(wú)線寬帶通信模塊2-7轉(zhuǎn)發(fā)的基站差分?jǐn)?shù)據(jù)，并根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻下不同類型的數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行判決以及進(jìn)一步處理。移動(dòng)端GNSS信號(hào)接收模塊3-3負(fù)責(zé)接收衛(wèi)星信號(hào)，可以是單頻點(diǎn)或者多頻點(diǎn)的多模衛(wèi)星接收模塊，同基準(zhǔn)站接收機(jī)2-2具備相同的衛(wèi)星信號(hào)接收功能。移動(dòng)端GNSS信號(hào)接收模塊3-3進(jìn)行基帶信號(hào)處理并提取移動(dòng)端的載波相位和偽距觀測(cè)量、衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)送入GNSS差分解算模塊3-5中。

GNSS差分解算模塊3-5不僅可以根據(jù)不同類型的差分?jǐn)?shù)據(jù)執(zhí)行相應(yīng)的衛(wèi)星差分算法，也可以根據(jù)移動(dòng)端GNSS信號(hào)接收模塊3-3的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行單點(diǎn)定位算法。 如果差分?jǐn)?shù)據(jù)中包含基準(zhǔn)站的載波相位和偽距觀測(cè)量時(shí)，差分?jǐn)?shù)據(jù)判決模塊3-4選擇將基準(zhǔn)站的載波相位和偽距觀測(cè)量送入GNSS差分解算模塊3-5中，執(zhí)行RTK差分算法；如果載波相位和偽距觀測(cè)量不可用，而偽距差分校準(zhǔn)量可用的時(shí)候，差分?jǐn)?shù)據(jù)判決模塊3-4選擇將偽距差分校準(zhǔn)量送入GNSS差分解算模塊3-5中，執(zhí)行偽距差分算法。如果載波相位、偽距觀測(cè)量和偽距差分校準(zhǔn)量都不可用時(shí)，發(fā)送標(biāo)記信號(hào)給GNSS差分解算模塊3-5，GNSS差分解算模塊3-5使用GNSS信號(hào)接收模塊3-3的數(shù)據(jù)執(zhí)行單點(diǎn)定位算法。GNSS差分解算模塊3-5根據(jù)送入的不同類型數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)的算法解算，并將計(jì)算結(jié)果送入GNSS/INS組合算法模塊3-8中。

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)3-2由慣性測(cè)量單元（IMU）3-6和慣性導(dǎo)航單元3-7組成， IMU3-6包括一組陀螺儀和加速度計(jì)傳感器，分別測(cè)量移動(dòng)端的角速率和加速度矢量，并將這組角速率和加速度矢量發(fā)給慣性導(dǎo)航單元3-7。

GNSS/INS組合算法模塊3-8將GNSS差分解算模塊3-5和慣性導(dǎo)航單元3-7的算法結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，通過(guò)擴(kuò)展卡爾曼濾波（Extended Kalman）對(duì)INS的速度、位置、姿態(tài)以及傳感器誤差進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，把INS的誤差校正量反饋給慣性導(dǎo)航單元3-7。

慣性導(dǎo)航單元3-7使用誤差校正量對(duì)當(dāng)前時(shí)刻的角速率和加速度值進(jìn)行校正，并根據(jù)上一個(gè)時(shí)刻的位置數(shù)據(jù)，計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻移動(dòng)端的PVT和姿態(tài)信息，同時(shí)將位置、速度和姿態(tài)信息送入組合算法模塊3-8。

圖4顯示了移動(dòng)端在松耦合組合定位模式下的主要程序流程。移動(dòng)端的寬帶無(wú)線設(shè)備持續(xù)接收無(wú)線寬帶信號(hào)4-1，同時(shí)，移動(dòng)端的GNSS接收機(jī)持續(xù)接收GNSS信號(hào)4-2，以及IMU測(cè)量移動(dòng)端的角速度和加速度4-3。在收到基站信號(hào)后，判斷是否含有基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)4-4。如果沒(méi)有基準(zhǔn)站的差分?jǐn)?shù)據(jù)，說(shuō)明基站和移動(dòng)站之間的通信出現(xiàn)中斷，進(jìn)一步判斷移動(dòng)端的GNSS接收機(jī)是否跟蹤到四顆以上（包括四顆）的衛(wèi)星4-5。如果沒(méi)有跟蹤到足夠數(shù)量的衛(wèi)星，說(shuō)明移動(dòng)端可能被周圍物體遮擋、或者進(jìn)入隧道等，導(dǎo)致無(wú)法接收到衛(wèi)星信號(hào)。在這種情況下，移動(dòng)端依靠INS系統(tǒng)的慣性導(dǎo)航算法4-6輸出車輛的PVT數(shù)據(jù)。

如果移動(dòng)端的GNSS接收機(jī)能夠接收到四顆或者四顆以上的衛(wèi)星，則根據(jù)移動(dòng)端是否能夠接收到基準(zhǔn)站的差分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)判斷是否可以做差分定位4-9。如果沒(méi)有收到基準(zhǔn)站的差分?jǐn)?shù)據(jù)，說(shuō)明無(wú)線通信可能出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤或者間歇性中斷，移動(dòng)端則根據(jù)本地GNSS接收機(jī)獲取的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端單點(diǎn)定位4-10，然后GNSS/INS組合算法4-11融合其結(jié)果、移動(dòng)端的角速度和加速度測(cè)量值，對(duì)INS的速度、位置以及傳感器誤差進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，獲得INS的誤差校正量，最后由慣性導(dǎo)航算法4-6輸出移動(dòng)端的PVT數(shù)據(jù)。

當(dāng)接收的基準(zhǔn)站信號(hào)含有差分?jǐn)?shù)據(jù)的時(shí)候，首先需要判斷是否收到兩個(gè)以上基準(zhǔn)站的信號(hào)4-8。如果收到兩個(gè)以上基準(zhǔn)站的信號(hào)，需要根據(jù)信噪比最大的條件，選擇一個(gè)基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)4-7。當(dāng)獲得一個(gè)基準(zhǔn)站差分?jǐn)?shù)據(jù)后，需要對(duì)差分?jǐn)?shù)據(jù)類型做判定4-12。差分?jǐn)?shù)據(jù)類型主要分為兩類：一類是偽距差分校正量，另一類是載波相位和偽距觀測(cè)量等。首先判定是否有載波相位和偽距觀測(cè)量，即是否可以做RTK差分4-13，如果可以的話，移動(dòng)端則進(jìn)入RTK差分算法4-14解算，然后 GNSS/INS組合算法4-11融合其RTK差分算法4-14的結(jié)果、移動(dòng)端的角速度和加速度測(cè)量值，對(duì)INS的速度、位置以及傳感器誤差進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，獲得INS的誤差校正量，最后由慣性導(dǎo)航算法4-6輸出移動(dòng)端的PVT數(shù)據(jù)。如果沒(méi)有的話，說(shuō)明含有偽距差分校正量，移動(dòng)端則執(zhí)行偽距差分算法4-15解算。

偽距差分算法4-15的主要解算過(guò)程如下：偽距差分解算主要是利用基準(zhǔn)站發(fā)送的偽距差分校正量對(duì)本地的偽距測(cè)量值進(jìn)行修正，即，其中為移動(dòng)端原始偽距觀測(cè)值， 為經(jīng)過(guò)修正后的偽距觀測(cè)值，在短基線的情況下，電離層延時(shí)誤差、對(duì)流層誤差、星歷誤差和衛(wèi)星種差基本被消除?；谛拚蟮膫尉嘤^測(cè)值，移動(dòng)端的GNSS完成絕對(duì)定位解算。 然后GNSS/INS組合算法4-11融合其結(jié)果、角速度和加速度測(cè)量值對(duì)INS的速度、位置以及傳感器誤差進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，獲得INS的誤差校正量，最后由慣性導(dǎo)航算法4-6輸出移動(dòng)端的PVT數(shù)據(jù)。

因此，本發(fā)明對(duì)于車輛能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)無(wú)縫的精準(zhǔn)實(shí)時(shí)定位導(dǎo)航。當(dāng)移動(dòng)端進(jìn)入隧道而短時(shí)間內(nèi)無(wú)法接收到衛(wèi)星信號(hào)時(shí)， 本系統(tǒng)可以利用INS完成連續(xù)的定位導(dǎo)航；當(dāng)移動(dòng)端和基準(zhǔn)站之間的通信由于干擾或者別的原因?qū)е麻g隙性數(shù)據(jù)傳輸丟失，而移動(dòng)端可以接受到衛(wèi)星信號(hào)時(shí)候，本系統(tǒng)利用衛(wèi)星單點(diǎn)定位和INS實(shí)現(xiàn)組合定位導(dǎo)航。 當(dāng)移動(dòng)端和基準(zhǔn)站之間的通信優(yōu)良，同時(shí)又可以接受到衛(wèi)星信號(hào)時(shí)候，本系統(tǒng)完成GNSS差分和INS的組合定位導(dǎo)航。