基于mems氣壓計(jì)輔助gnss接收機(jī)的自適應(yīng)定位裝置和推算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于GNSS組合定位技術(shù)領(lǐng)域，涉及MEMS傳感器輔助GNSS接收機(jī)定位的裝置和推算方法，尤其涉及GNSS接收機(jī)的復(fù)雜環(huán)境定位推算方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在市場(chǎng)上流通的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收機(jī)，可以在大多數(shù)地面環(huán)境中提供良好的定位效果。但當(dāng)接收機(jī)進(jìn)入衛(wèi)星信號(hào)衰減變形嚴(yán)重的環(huán)境中(如森林、城市峽谷)，接收機(jī)合成的衛(wèi)星測(cè)量值數(shù)目會(huì)減少，且可能存在比較大的誤差，從而導(dǎo)致接收機(jī)無(wú)法給出定位結(jié)果，或者解算的定位結(jié)果不準(zhǔn)確。
[0003]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)一種基于MEMS氣壓計(jì)輔助GNSS接收機(jī)的自適應(yīng)定位裝置和定位推算方法，根據(jù)當(dāng)前所處環(huán)境的衛(wèi)星信號(hào)狀況在不同的定位模式間切換，從而使GNSS接收機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下實(shí)現(xiàn)較高的定位率和較好的定位精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是GNSS接收機(jī)在衛(wèi)星信號(hào)狀況較差的情況下不能實(shí)現(xiàn)較高的定位率和較好的定位精度的問(wèn)題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于MEMS氣壓計(jì)輔助GNSS接收機(jī)的自適應(yīng)定位裝置，該裝置包括多模天線模塊、射頻信號(hào)處理模塊、數(shù)字信號(hào)處理模塊、MEMS氣壓計(jì)、定位解算模塊和定位推算模塊;所述多模天線模塊被配置為接收來(lái)自多個(gè)GNSS衛(wèi)星的射頻信號(hào);所述射頻信號(hào)處理模塊被配置為將所述射頻信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎伤鰯?shù)字信號(hào)處理模塊直接處理的數(shù)字中頻信號(hào);所述MEMS氣壓計(jì)獨(dú)立于其他模塊，所述MEMS氣壓計(jì)被配置為向所述定位解算模塊和所述定位推算模塊提供實(shí)時(shí)氣壓信息。
[0006]進(jìn)一步地，所述定位解算模塊和所述定位推算模塊都被配置為對(duì)衛(wèi)星測(cè)量值以及所述MEMS氣壓計(jì)輸出的氣壓信息進(jìn)行處理，并計(jì)算得到當(dāng)前接收機(jī)的位置、速度和時(shí)間信息;所述定位解算模塊被配置為僅當(dāng)接收機(jī)獲取到的可用衛(wèi)星數(shù)目滿足定位條件時(shí)才開(kāi)始工作，當(dāng)所述定位解算模塊工作時(shí)，所述定位推算模塊關(guān)閉；當(dāng)可用衛(wèi)星數(shù)目不滿足定位要求時(shí)，所述定位解算模塊關(guān)閉，所述定位推算模塊被配置為開(kāi)始工作并輸出定位結(jié)果。
[0007]本發(fā)明還提供了一種基于MEMS氣壓計(jì)輔助GNSS接收機(jī)的自適應(yīng)定位推算方法，包括以下步驟:
[0008]步驟1:對(duì)MEMS氣壓計(jì)本身的輸出的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和緩存，并檢測(cè)其是否存在突變;如果存在突變，則對(duì)該測(cè)量值進(jìn)行平滑濾波；
[0009]步驟2:根據(jù)當(dāng)前的可用衛(wèi)星數(shù)目，對(duì)接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行合理地推測(cè)和限制，進(jìn)行定位推算。
[0010]進(jìn)一步地，所述步驟I中所述的對(duì)MEMS氣壓計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理是指將MEMS氣壓計(jì)輸出的氣壓值轉(zhuǎn)換為接收機(jī)所處位置的高度值。
[0011]進(jìn)一步地，所述步驟2中所述的定位推算方法，包括:
[0012]如果當(dāng)前可用衛(wèi)星數(shù)目差I(lǐng)顆滿足定位要求，則加入高度輔助方程進(jìn)行定位推算；
[0013]如果當(dāng)前可用衛(wèi)星數(shù)目差2顆滿足定位要求，則在加入高度輔助方程的基礎(chǔ)上加入鐘差限制，進(jìn)行定位推算；
[0014]如果當(dāng)前可用衛(wèi)星數(shù)目差3顆滿足定位要求，則在高度輔助和鐘差限制的基礎(chǔ)上加入航向限制，進(jìn)行定位推算；
[0015]如果當(dāng)前沒(méi)有可用衛(wèi)星，則利用高度的變化來(lái)對(duì)位置的變化量進(jìn)行線性推算。
[0016]本發(fā)明所述技術(shù)方法在接收機(jī)模塊中集成MEMS傳感器，用于向接收機(jī)的定位解算程序提供輔助ig息。
[0017]MEMS氣壓計(jì)可以獨(dú)立于GNSS接收機(jī)模塊工作，并實(shí)時(shí)輸出當(dāng)前接收機(jī)所在位置的氣壓值，該值可以轉(zhuǎn)換為接收機(jī)所在的高度值。這個(gè)高度值具有較高的精度，可以對(duì)GNSS定位解算提供輔助。在可用衛(wèi)星數(shù)目不滿足定位要求的情況下，使用氣壓計(jì)的測(cè)量值作為可靠的測(cè)量值來(lái)源，并加入對(duì)高度、鐘差、航向等接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的限制，則可以對(duì)接收機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行比較可靠的估計(jì)，推算得到接收機(jī)的位置。
[0018]本發(fā)明給出的一種基于MEMS氣壓計(jì)輔助GNSS接收機(jī)的自適應(yīng)定位推算方法，以使接收機(jī)能夠針對(duì)當(dāng)前所處環(huán)境的可用衛(wèi)星測(cè)量值個(gè)數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)地定位模式切換，在可用的衛(wèi)星測(cè)量值個(gè)數(shù)不滿足定位條件的情況下進(jìn)行保持性定位，以求在定位精度不超過(guò)一定范圍時(shí)，提高接收機(jī)在復(fù)雜環(huán)境下的定位率。
[0019]該方法包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié):
[0020]1.對(duì)氣壓計(jì)本身的輸出的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和緩存，并檢測(cè)其是否存在突變。如果存在突變，則進(jìn)行平滑濾波。
[0021]2.根據(jù)當(dāng)前的可用衛(wèi)星數(shù)目，對(duì)接收機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行合理地推測(cè)和限制，進(jìn)行定位推算。
[0022]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的集成MEMS氣壓計(jì)的GNSS接收機(jī)的示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的對(duì)帶有MEMS氣壓計(jì)輔助的GNSS接收機(jī)環(huán)境定位推算方法的總流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0026]圖1是一個(gè)集成有MEMS氣壓計(jì)器件的GNSS接收機(jī)實(shí)現(xiàn)定位的示意圖。GNSS接收機(jī)通過(guò)多模天線102接收來(lái)自多個(gè)GNSS衛(wèi)星星座101的射頻信號(hào)，并在射頻處理模塊103中將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎蓴?shù)字信號(hào)處理器直接處理的數(shù)字中頻信號(hào)?；鶐?shù)字信號(hào)處理模塊104對(duì)數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行處理，對(duì)各顆衛(wèi)星的信號(hào)進(jìn)行捕獲和跟蹤，解調(diào)出導(dǎo)航電文并獲取到衛(wèi)星的測(cè)量值信息。
[0027]集成在GNSS接收機(jī)模塊中的MEMS氣壓計(jì)105以獨(dú)立于GNSS接收機(jī)的狀態(tài)工作，并實(shí)時(shí)向接收機(jī)提供當(dāng)前的氣壓信息。
[0028]GNSS接收機(jī)的自適應(yīng)定位功能是通過(guò)定位解算模塊106和定位推算模塊107的交替工作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。定位解算模塊106和定位推算模塊107的功能都是負(fù)責(zé)對(duì)衛(wèi)星測(cè)量值以及氣壓計(jì)輸出的氣壓信息進(jìn)行處理，并計(jì)算得到當(dāng)前接收機(jī)的位置、速度和時(shí)間信息。定位解算模塊106當(dāng)接收機(jī)獲取到的可用衛(wèi)星數(shù)目滿足定位條件時(shí)才開(kāi)始工作，當(dāng)定位解算模塊106工作時(shí)，定位推算模塊107關(guān)閉。當(dāng)可用衛(wèi)星數(shù)目不滿足定位要求時(shí)，定位解算模塊106關(guān)閉，定位推算模塊107開(kāi)始工作并輸出定位結(jié)果。氣壓計(jì)105輸出的氣壓信息通過(guò)公式轉(zhuǎn)換為當(dāng)前接收機(jī)的高度值hbar。，作為定位導(dǎo)航運(yùn)算模塊106和定位推算模塊107的輔助測(cè)量值。
[0029]圖2描述了接收機(jī)在復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行定位推算的流程圖。
[0030]首先，在接收機(jī)內(nèi)部建立軟件寄存器201，對(duì)由MEMS氣壓計(jì)105輸出的氣壓信息計(jì)算得到的高度值hbar。進(jìn)行分時(shí)存儲(chǔ)，并當(dāng)新測(cè)量歷元的高度值進(jìn)入寄存器201時(shí)，在步驟202中將其與歷史值(一般為前一測(cè)量歷元的測(cè)量值)作差，并在步驟203中將該差值與某一閾值Tbar。進(jìn)行比較。如果新測(cè)量值與歷史測(cè)量值間存在較大的突變差距，則將氣