基于伪距、线性矢量与模糊逻辑的定位方法研究

In urban environments, GNSS signals are frequently blocked by surrounding buildings, and even reflected, causing multipath and non-line-of-sight measurement errors. It is challenge to navigate in the severe environment. The aim of the project is to improve the continuous navigation ability in the urban environments. Receivers which use the algorithms researched on by this project will achieve the competitive advantage. It is a project of significance with the broad market prospect to carry out the project. We research on the positioning algorithms based on measurements, MEMS IMU and the map in which the linear approximation algorithms is proposed in time domain. We use the constraints of the moving linear approximation modle and the output of the IMU to constraint the positioning method to be only one unknown. So we can get the position when one navigation satellite is in sight. With the proposed algorithms by the project, the continuous navigating capability can be gained. The research contents include: 1)extracting patterns of the of linear model for moving carriers when when the satellite signals is in worse condition. 2) Positioning modeling study based on the constraints of the linear approximation. 3) Research on positioning processing method based the proposed positioning model. 4) Research and design of principles verification system and develop the performance evaluation.

城市峡谷及其他信号有严重遮挡的地区，由于可见卫星不足，成为车辆导航和营运车辆监控的盲区，在以上恶劣环境下车辆的连续导航成为难以克服的技术难题。本课题致力于改善在城市峡谷和其他卫星信号被遮挡区域的连续定位问题，提升采用本项目目标技术的接收机的竞争优势，具有重要的技术意义和广阔的市场前景。本课题研究基于伪距、线性矢量与模糊逻辑的定位方法，采用MEMS IMU和道路矢量约束，降低卫星定位的维度，提出了载体运动的线性化模型和单星条件下卫星位置优化的估计方法。在只有1颗卫星存在的条件下也能完成连续导航。具体研究内容包括：(1)卫星数量不足条件下的载体运动状态判定与线性化模型研究；(2) 基于线性化运动状态约束的定位模型研究；(3)基于所述定位模型的定位解算方法研究；(4) 原理验证系统研制与性能评估等。

数十年卫星导航系统及导航信号处理技术的研究和应用，大大拓展了卫星导航的可用范围。在卫星信号遮挡不太严重的地区，卫星导航能满足一般的导航定位需求。然而，单独使用卫星导航系统进行定位至少需要4颗卫星。随着城市化的高速发展，建筑物越来越高，密度越来越大，在相对复杂的环境中，卫星信号遮挡严重。这导致在定位过程中，用于独立定位的卫星数目不足，有时仅使用GNSS（全球卫星导航系统）时无法定位。本项目面向城市峡谷等卫星信号被遮挡环境下载体位置信息的应用需求，研究基于伪距、线性矢量与高程的定位方法。其核心思想是利用路网对上述运动载体的线性化约束和惯性IMU器件短期对运动状态的精确估计和不受干扰的特性，对运动载体进行线性化运动特征判定，对确定在道路上运动的载体进行线性化建模，该线性约束模型作为运动载体的线性约束起到降低载体位置不确定维度的作用，在数字高程模型和IMU输出的参与下，在单颗卫星存在的情况下保持稳定持续的定位能力，实验结果表明，在有两颗卫星存在的条件下，所提出的道路识别算法能达到98%的道路识别率，在只有1颗卫星存在条件下，所提出的融合定位技术能实现定位。研究成果可解决城市峡谷和其他复杂环境下由于卫星数量不足导致的定位难题，满足有特殊需求的车辆导航、营运车辆监控、车联网、智慧交通等行业及领域对持续位置信息的需求。