CN102937716B - 一种卫星定位滤波方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星定位滤波方法和装置，属于卫星定位技术领域。所述方法包括：根据卫星定位结果中的速度测量值和广播网定位结果中的速度测量值，确定接收机当前的移动速度；根据所述当前的移动速度，为当前使用的滤波器选取所述当前的移动速度对应的滤波器参数；根据所述滤波器参数对所述卫星定位结果和所述广播网定位结果进行滤波。本发明通过卫星定位结果和广播网定位结果中的速度测量值，综合确定接收机当前的移动速度，提高了获取移动速度的精度，通过该移动速度确定的滤波器参数，可以将原始定位结果中的噪声有效滤除，大幅减小定位误差，达到实时导航的需求。

Description

一种卫星定位滤波方法和装置

技术领域

本发明涉及卫星定位技术领域，特别涉及一种卫星定位滤波方法和装置。

背景技术

近年来，卫星定位技术得到了长足的发展。但是，卫星导航系统自身存在着许多误差源，其中主要误差源包括：星历误差、卫星钟偏差、接收机测量误差、大气误差（包括对流层和电离层传播延迟）、多径效应误差以及其它随机干扰误差等。由这些误差源导致的定位误差可从3m到10m不等，在信号质量较差的地方（如城市楼宇间、干扰严重区域等），定位误差可达几十米甚至上百米。在这种情况下，显然是不能适用于城市间的导航需求（因为十几米或是几十米的误差可以相隔几条马路或几幢楼房），对接收机直接对卫星定位结果进行滤波处理，将误差减小到可接受范围之内，是十分有必要的。

现有技术中滤波器对卫星定位结果进行滤波的过程，以卡尔曼滤波器为例进行介绍。卡尔曼滤波器的构成如图1所示，系统由消息模型、测量模型和滤波模型组成。其中X为状态变量，包括解算出的用户位置及用户速度，A为状态转移模型，C为测量模型，V与W为策动噪声，y为测量值，K为卡尔曼增益。滤波的过程中只要确定了过程噪声V_k与测量噪声W_k的统计特性，再加上目标的初始状态，就可以达到对卫星定位结果的滤波作用。而V_k与W_k是根据各噪声的统计特性凭经验值给出的滤波器参数，它们在卡尔曼滤波系统中不会自动修正，只会一直保持系统初始赋值。因此常用定位结果中的速度分量来对实时地调整V_k与W_k进行参数调整，即在卡尔曼滤波之前，利用一个速度判决器和一个权值分配器，来调整噪声的统计特性，从而达到最优的滤波效果。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

当周围环境较差导致卫星定位结果不够精确时，所得到的速度值也并不精确，因此使用此时通过卫星定位结果中的速度来调整滤波器参数的方法就变得不再可靠。而且在卡尔曼滤波中，状态变量中也会有速度分量，此时不精确的速度也会导致滤波结果不够精确。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种卫星定位滤波方法和装置。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种卫星定位滤波方法，所述方法包括：

根据卫星定位结果中的速度测量值和广播网定位结果中的速度测量值，确定接收机当前的移动速度；

根据所述当前的移动速度，为当前使用的滤波器选取所述当前的移动速度对应的滤波器参数；

根据所述滤波器参数对所述卫星定位结果和所述广播网定位结果进行滤波；

其中，所述根据卫星定位结果中的速度测量值和广播网定位结果中的速度测量值，确定接收机当前的移动速度，包括：

根据几何精度因子和/或载噪比，对卫星定位结果和广播网定位结果进行可靠性评估，所述评估结果作为加权计算的加权因子；

将所述卫星定位结果中的速度测量值和所述广播网定位结果中的速度测量值进行加权计算，确定接收机当前的移动速度。

其中，所述根据卫星定位结果中的速度测量值和广播网定位结果中的速度测量值，确定接收机当前的移动速度之前，所述方法还包括：

根据几何精度因子、伪距测量误差、定位点有效性、速度有效性信息判断卫星定位结果和广播网定位结果是否为奇点；

当所述卫星定位结果或所述广播网定位结果中存在奇点时，则舍弃奇点对应的卫星定位结果或广播网定位结果。

其中，所述根据所述当前的移动速度，为当前使用的滤波器选取所述当前的移动速度对应的滤波器参数，包括：

判断所述当前的移动速度是否大于预设阈值；

当所述当前的移动速度大于预设阈值时，根据运动权值分配策略为当前使用的滤波器选取与所述当前的移动速度对应的滤波器参数；

当所述当前的移动速度小于或等于预设阈值时，根据静止权值分配策略为当前使用的滤波器选取与所述当前的移动速度对应的滤波器参数。

另一方面，提供了一种卫星定位滤波装置，所述装置包括：

确定模块，用于根据卫星定位结果中的速度测量值和广播网定位结果中的速度测量值，确定接收机当前的移动速度；

选取模块，用于根据所述当前的移动速度，为当前使用的滤波器选取所述当前的移动速度对应的滤波器参数；

滤波模块，用于根据所述滤波器参数对所述卫星定位结果和所述广播网定位结果进行滤波；

其中，所述确定模块，包括：

评估单元，用于根据几何精度因子和/或载噪比，对卫星定位结果和广播网定位结果进行可靠性评估，所述评估结果作为加权计算的加权因子；

计算单元，用于将所述卫星定位结果中的速度测量值和所述广播网定位结果中的速度测量值进行加权计算，确定接收机当前的移动速度。

其中，所述装置还包括：

判断模块，用于根据几何精度因子、伪距测量误差、定位点有效性、速度有效性信息判断卫星定位结果和广播网定位结果是否为奇点；

处理模块，用于当所述卫星定位结果或所述广播网定位结果中存在奇点时，则舍弃奇点对应的卫星定位结果或广播网定位结果。

其中，所述选取模块，包括：

判断单元，用于判断所述当前的移动速度是否大于预设阈值；

第一选取单元，用于当所述当前的移动速度大于预设阈值时，根据运动权值分配策略为当前使用的滤波器选取与所述当前的移动速度对应的滤波器参数；

第二选取单元，用于当所述当前的移动速度小于或等于预设阈值时，根据静止权值分配策略为当前使用的滤波器选取与所述当前的移动速度对应的滤波器参数。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过卫星定位结果和广播网定位结果中的速度测量值，综合确定接收机当前的移动速度，提高了获取移动速度的精度，通过该移动速度确定的滤波器参数，可以将原始定位结果中的噪声有效滤除，大幅减小定位误差，达到实时导航的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中提供的卡尔曼滤波器结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的卫星定位滤波方法流程图；

图3是本发明实施例二提供的卫星定位滤波方法流程图；

图4是本发明实施例三提供的卫星定位滤波装置结构示意图；

图5是本发明实施例四提供的卫星定位滤波装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种卫星定位滤波方法，参见图2，方法流程包括：

201：根据卫星定位结果中的速度测量值和广播网定位结果中的速度测量值，确定接收机当前的移动速度；

202：根据所述当前的移动速度，为当前使用的滤波器选取所述当前的移动速度对应的滤波器参数；

203：根据所述滤波器参数对所述卫星定位结果和所述广播网定位结果进行滤波。

本发明实施例通过卫星定位结果和广播网定位结果中的速度测量值，综合确定接收机当前的移动速度，提高了获取移动速度的精度，通过该移动速度确定的滤波器参数，可以将原始定位结果中的噪声有效滤除，大幅减小定位误差，达到实时导航的需求。

实施例二

本发明实施例提供了一种卫星定位滤波方法，参见图3。需要说明的是，本发明实施例是基于卫星定位系统以及广播网定位系统相结合，来确定当前接收机的移动速度，并根据该移动速度选取对应的滤波器所使用的滤波参数。

本发明实施例中并不对滤波器进行限制，可以为单一滤波器，例如：卡尔曼滤波器，也可以是多滤波器的组合，例如：卡尔曼滤波器、均值滤波器和α滤波器。进一步的，本发明实施例的滤波方案可集成在基带处理芯片内，在PVT解算后一级进行。

方法流程包括：

301：根据几何精度因子、伪距测量误差、定位点有效性、速度有效性信息判断卫星定位结果和广播网定位结果是否为奇点。

接收机首先会接收到卫星定位系统发送的卫星定位结果，以及广播网定位系统发送的广播网定位结果，接收机在采集卫星定位结果和广播网定位结果的过程中，同样需要测量自己的速度和位置等信息，得到根据卫星定位结果测量的接收机速度测量值和位置测量值以及根据广播网定位结果测量的接收机速度测量值和位置测量值。当定位所使用的接收机接收到卫星定位系统发送的卫星定位结果以及广播网定位系统发送的广播网定位结果后，首先判断卫星定位结果和广播网定位结果进行奇点剔除的工作。

根据几何精度因子GDOP、伪距测量误差、定位点有效性、速度有效性信息等信息，确定对应的卫星定位定位结果是否为奇点，如果是奇点，则舍去此次定位结果。对于广播网定位系统则使用相同的方式判断是否为奇点，在此不再赘述。判断后如果不是奇点，则开始进行确定接收机当前速度的步骤。

这里的奇点，指不正确或可信度极低的定位结果。如在定位时，99%的点都定在了A地附近，但1%的点定位在了A地以外的地方，则标识这1%的点是错误的。以数学模型为例，若b=a/0，则b无结果，这时b可视为奇点。滤波的过程会受到滤波器输入值的影响，当把正确的定位结果输入滤波器，滤波结果才能是最优的，如果上述1%的错误定位值距离正确地点很远，将其带入滤波器后，可能会导致滤波器结果受到错误值的影响，从而不是最优的，严重时会产生错误，因此在进行滤波之前需要剔除不正确的或可信度极低的定位结果。

302：当所述卫星定位结果或所述广播网定位结果中存在奇点时，则舍弃奇点对应的卫星定位结果或广播网定位结果。

303：根据卫星定位结果中的速度测量值和广播网定位结果中的速度测量值，确定接收机当前的移动速度。

3031：根据几何精度因子和/或载噪比，对卫星定位结果和广播网定位结果进行可靠性评估，所述评估结果作为加权计算的加权因子。

在定位系统定位过程中，出现严重定位错误的概率还是很低的，去除了奇点的完全错误不可信的定位结果外。本步骤还包括对卫星定位结果和广播网定位结果进行可参考性评估，可以根据几何精度因子或载噪比来确定此定位点是否有效。

几何精度因子是在接收机用于导航时，由接收机位置和卫星的位置计算出来的几何关系确定的，几何精度因子的数值越大，所代表的单位矢量形体体积越小，即接收机至空间卫星的角度十分相似导致的结果，此时的几何精度因子会导致定位精度变差。好的几何精度因子是指其数值小，代表大的单位矢量形体体积，导致高的定位精度。好的几何因子实际上是指卫星在空间分布不集中于一个区域，同时能在不同方位区域均匀分布。

衡量信号质量的指标还包括载噪比(C/N)。在GPS接收机中，C/N是接收机输入端的载波功率与噪声功率之比，由于C/N与带宽有关,因而通常将1Hz带宽上的载噪比C/N₀(dB-Hz)作为信号的质量指标，C/N₀与C/N的关系为C/N₀=C/N+BN，其中BN为等效噪声带宽(dB-Hz)。CN₀可反映信号的质量，CN₀越大，说明信号质量越好，接收机所测量的伪距精度就越高，定位结果的准确性也越高，反之亦然。因此也可以将CN₀作为衡量定位结果可信度的指标之一。

因此为较低可信度的定位结果设置一个较低的加权因子，反之则对定位结果设置一个较高的加权因子，用于之后的加权计算。

上述的两种可靠性评估方式仅是可靠性评估的一些举例，并不仅限于此两种方式，在具体实施方式中其他对定位结果进行评估的方式都可以作为此时对定位结果进行评估所使用的方式。

3032：将所述卫星定位结果中的速度测量值和所述广播网定位结果中的速度测量值进行加权计算，确定接收机当前的移动速度。

加权高的定位结果，对最终确定的接收机当前的移动速度起到的做用越高，对于根据卫星定位结果中的速度测量值和广播网定位结果中的速度测量值进行加权计算的方式是现有技术，并不对此进行限定。

304：根据所述当前的移动速度，为当前使用的滤波器选取所述当前的移动速度对应的滤波器参数。

通过速度判决器，对接收机当前的移动速度作出判断，确定当前接收机是处于移动状态中还是处于静止状态。设定一个预设阈值，当移动速度小于或等于该预设阈值时则判定接收机处于静止状态，大于该预设阈值时则判定接收机处于运动状态。对于两种运动状态，需要设定不同的权值分配策略，即静止权值分配策略和运动权值分配策略。

权值分配策略即是指滤波参数分配策略。根据接收机的运动状态，将滤波器的参数分为静止权值分配策略和运动权值分配策略两类，对于接收机处于静止状态时通过静止权值分配策略为接收机分配当前使用的滤波器所对应的滤波器参数，对于接收机处于运动状态时通过运动权值分配策略为接收机分配当前使用的滤波器所对应的滤波器参数，此时由于接收机是运动状态，在不同的移动速度会对应不同的滤波器参数，因此还需根据当前的移动速度选取对应的滤波器参数。

权值分配策略提供一系列参数，通过选取后的滤波器参数设定卡尔曼滤波器、均值滤波器和α滤波器，分别或组合进行卡尔曼滤波、均值滤波和α滤波。

进一步的，不同种类的滤波器都拥有自己所对应的滤波器参数，当滤波器参数不相同时，滤波器的表现也不同。但不同的滤波器参数只会定量地影响滤波结果，不会定性影响。权值分配策略从定性上可分为静态权值分配策略和运动权值分配策略。当接收机静止或速度小于等于预设阈值时，认为接收机是静止的，这时滤波器参数可使滤波结果快速收敛和抖动较小为原则设计。而当接收机运动时，滤波器参数可使滤波结果机动性更强为原则设计。但是，无论对于运动还是静止权值分配策略，其内部具体的权值分别方法和实现方法可根据不同实例做不同设计，本实施例只提供采用权值分配策略进行自适应改变滤波器参数的一种思路，并不限定具体的实现方法。

因此步骤304可以具体为：

3041：判断所述当前的移动速度是否大于预设阈值。

3042：当所述当前的移动速度大于预设阈值时，根据运动权值分配策略为当前使用的滤波器选取与所述当前的移动速度对应的滤波器参数。

3043：当所述当前的移动速度小于或等于预设阈值时，根据静止权值分配策略为当前使用的滤波器选取与所述当前的移动速度对应的滤波器参数。

305：根据所述滤波器参数对所述卫星定位结果和所述广播网定位结果进行滤波。

根据权值分配策略所选取的滤波参数进行位置滤波，得到最终的定位结果。

本发明实施例通过卫星定位结果和广播网定位结果中的速度测量值，综合确定接收机当前的移动速度，提高了获取移动速度的精度，通过该移动速度确定的滤波器参数，可以将原始定位结果中的噪声有效滤除，大幅减小定位误差，达到实时导航的需求。

实施例三

本发明实施例提供了一种卫星定位滤波装置，参见图4，所述装置包括：

确定模块401，用于根据卫星定位结果中的速度测量值和广播网定位结果中的速度测量值，确定接收机当前的移动速度；

选取模块402，用于根据所述当前的移动速度，为当前使用的滤波器选取所述当前的移动速度对应的滤波器参数；

滤波模块403，用于根据所述滤波器参数对所述卫星定位结果和所述广播网定位结果进行滤波。

本发明实施例通过卫星定位结果和广播网定位结果中的速度测量值，综合确定接收机当前的移动速度，提高了获取移动速度的精度，通过该移动速度确定的滤波器参数，可以将原始定位结果中的噪声有效滤除，大幅减小定位误差，达到实时导航的需求。

实施例四

本发明实施例提供了一种卫星定位滤波装置，参见图5，所述装置包括：

确定模块501，用于根据卫星定位结果中的速度测量值和广播网定位结果中的速度测量值，确定接收机当前的移动速度；

选取模块502，用于根据所述当前的移动速度，为当前使用的滤波器选取所述当前的移动速度对应的滤波器参数；

滤波模块503，用于根据所述滤波器参数对所述卫星定位结果和所述广播网定位结果进行滤波。

其中，在具体实施方式中，所述确定模块501，包括：

评估单元5011，用于根据几何精度因子和/或载噪比，对卫星定位结果和广播网定位结果进行可靠性评估，所述评估结果作为加权计算的加权因子；

计算单元5012，用于将所述卫星定位结果中的速度测量值和所述广播网定位结果中的速度测量值进行加权计算，确定接收机当前的移动速度。

其中，所述选取模块502，包括：

判断单元5021，用于判断所述当前的移动速度是否大于预设阈值；

第一选取单元5022，用于当所述当前的移动速度大于预设阈值时，根据运动权值分配策略为当前使用的滤波器选取与所述当前的移动速度对应的滤波器参数；

第二选取单元5023，用于当所述当前的移动速度小于或等于预设阈值时，根据静止权值分配策略为当前使用的滤波器选取与所述当前的移动速度对应的滤波器参数。

其中，所述装置还包括：

判断模块504，用于根据几何精度因子、伪距测量误差、定位点有效性、速度有效性信息判断卫星定位结果和广播网定位结果是否为奇点；

处理模块505，用于当所述卫星定位结果或所述广播网定位结果中存在奇点时，则舍弃奇点对应的卫星定位结果或广播网定位结果。

本发明实施例通过卫星定位结果和广播网定位结果中的速度测量值，综合确定接收机当前的移动速度，提高了获取移动速度的精度，通过该移动速度确定的滤波器参数，可以将原始定位结果中的噪声有效滤除，大幅减小定位误差，达到实时导航的需求。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种卫星定位滤波方法，其特征在于，所述方法包括：

根据卫星定位结果中的速度测量值和广播网定位结果中的速度测量值，确定接收机当前的移动速度；

根据所述当前的移动速度，为当前使用的滤波器选取所述当前的移动速度对应的滤波器参数；

根据所述滤波器参数对所述卫星定位结果和所述广播网定位结果进行滤波；

其中，所述根据卫星定位结果中的速度测量值和广播网定位结果中的速度测量值，确定接收机当前的移动速度，包括：

根据几何精度因子和/或载噪比，对卫星定位结果和广播网定位结果进行可靠性评估，所述评估结果作为加权计算的加权因子；

将所述卫星定位结果中的速度测量值和所述广播网定位结果中的速度测量值进行加权计算，确定接收机当前的移动速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据卫星定位结果中的速度测量值和广播网定位结果中的速度测量值，确定接收机当前的移动速度之前，所述方法还包括：

根据几何精度因子、伪距测量误差、定位点有效性、速度有效性信息判断卫星定位结果和广播网定位结果是否为奇点；

当所述卫星定位结果或所述广播网定位结果中存在奇点时，则舍弃奇点对应的卫星定位结果或广播网定位结果。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前的移动速度，为当前使用的滤波器选取所述当前的移动速度对应的滤波器参数，包括：

判断所述当前的移动速度是否大于预设阈值；

当所述当前的移动速度大于预设阈值时，根据运动权值分配策略为当前使用的滤波器选取与所述当前的移动速度对应的滤波器参数；

当所述当前的移动速度小于或等于预设阈值时，根据静止权值分配策略为当前使用的滤波器选取与所述当前的移动速度对应的滤波器参数。

4.一种卫星定位滤波装置，其特征在于，所述装置包括：

确定模块，用于根据卫星定位结果中的速度测量值和广播网定位结果中的速度测量值，确定接收机当前的移动速度；

选取模块，用于根据所述当前的移动速度，为当前使用的滤波器选取所述当前的移动速度对应的滤波器参数；

滤波模块，用于根据所述滤波器参数对所述卫星定位结果和所述广播网定位结果进行滤波；

其中，所述确定模块，包括：

评估单元，用于根据几何精度因子和/或载噪比，对卫星定位结果和广播网定位结果进行可靠性评估，所述评估结果作为加权计算的加权因子；

计算单元，用于将所述卫星定位结果中的速度测量值和所述广播网定位结果中的速度测量值进行加权计算，确定接收机当前的移动速度。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

判断模块，用于根据几何精度因子、伪距测量误差、定位点有效性、速度有效性信息判断卫星定位结果和广播网定位结果是否为奇点；

处理模块，用于当所述卫星定位结果或所述广播网定位结果中存在奇点时，则舍弃奇点对应的卫星定位结果或广播网定位结果。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述选取模块，包括：

判断单元，用于判断所述当前的移动速度是否大于预设阈值；

第一选取单元，用于当所述当前的移动速度大于预设阈值时，根据运动权值分配策略为当前使用的滤波器选取与所述当前的移动速度对应的滤波器参数；

第二选取单元，用于当所述当前的移动速度小于或等于预设阈值时，根据静止权值分配策略为当前使用的滤波器选取与所述当前的移动速度对应的滤波器参数。