[发明专利]一种基于弯道的车辆惯性导航轨迹地图匹配方法

权利要求书

1.一种基于弯道的车辆惯性导航轨迹地图匹配方法，其特征在于，具体步骤如下：

首先，针对某军用车辆的当前位置，从路网地图中确定该车辆所位于的道路编号；

然后，利用双窗口法从车辆的实际行驶道路上，提取弯道路段和道路的特征向量；

具体过程如下：

首先，对车辆的实际行驶轨迹进行等距离插值，双窗口中的长窗口内插值点集合为：P＝{p₁,p₂,...,p_i,...p_I}，短窗口的插值点集合为Q＝{q₁,q₂,...,q_j,...,q_J}；

然后，利用长窗口内插值点线性拟合直线l，同时利用短窗口内插值点线性拟合直线k；

接着，计算长窗口内各点到所拟合直线l的距离之和D，并判断车辆是否处于直行状态，如果是，利用两拟合直线之间的夹角检测车辆进入弯道路段的起始点和终止点；否则，车辆处于转弯状态时，不做处理；

距离之和D的计算公式为：

d(p_i,l)为点p_i到拟合直线l的距离；T_d为车辆状态切换阈值；

所述的拟合直线准则为窗口内的点到所拟合直线的距离之和最小，具体为：

d(q_j,k)为点q_j到短窗口的点拟合直线k的距离；

两拟合直线l和k之间的夹角计算公式如下：

式中k₁为直线l的斜率；k₂为直线k的斜率；

当θ角大于设定阈值θ'时，为检测到的弯道路段起始点，即车辆进入弯道路段；当θ角小于等于阈值θ'时，为转弯结束时的弯道路段终止点；

接着，将路网地图中的对应编号路段也进行特征向量的提取，并与车辆实际弯道路段的特征向量，按最小均方根误差进行最佳匹配，将匹配结果用于修正车辆的实际位置，修正后的车辆位置再次投影到车辆所行驶的道路上，从而提高车辆定位精度；

所述的提取道路特征向量的具体过程如下：

首先，对提取的弯道路段进行等距离插值，第n个插值点与第n+1个插值点构成的路段向量为V_n，以长窗口拟合直线l的方向为基准方向，基准方向向量V_b；

计算各相邻插值点间的路段向量与基准方向向量的夹角，组成弯道路段的特征角向量F₀；

F₀＝[α₁,α₂,...α_n,...,α_N]^T

N为车辆轨迹特征角向量F₀的维度；夹角α_n为：

然后，将特征角向量变换为对应的正弦值，得到变换后的特征向量如下：

F＝[sin(α₁),sin(α₂),...,sin(α_N)]^T

最后，对变换后的特征向量采用中值滤波法进行滤波处理；

所述的最佳匹配具体过程为：

首先，根据车辆弯道路段的实际起止点位置，在路网地图中选择对应的候选道路路段并进行特征提取，得到候选道路的路段特征向量F'：

F'＝[sin(α'₁),sin(α'₂),...,sin(α'_n'),...,sin(α'_N')]^T；

N'为候选道路的路段特征向量F'的维度；N'≥N；

将候选道路的路段特征向量F'按照长度L进行划分，得到各滑窗对应的向量：

F₁'＝{sin(α'₁),sin(α'₂),...,sin(α'_N/M)}

F₂'＝{sin(α'₂),sin(α'₃),...,sin(α'_[N/M]+1)}

...

F_m'＝{sin(α'_m),sin(α'_m+1),...,sin(α'_[N/M]+(m-1))}

...

然后，将车辆实际弯道的特征向量F切分为M个长度相等的特征子向量，各特征子向量分别为：

F₁＝{sin(α₁),sin(α₂),...,sin(α_N/M)}

F₂＝{sin(α_[N/M]+1),sin(α_[N/M]+2),...,sin(α_2N/M)}

...

F_m＝{sin(α_[(m-1)N/M]+1),sin(α_[(m-1)N/M]+2),...,sin(α_mN/M)}

...

F_M＝{sin(α_[(M-1)N/M]+1),sin(α_[(M-1)N/M]+2),...,sin(α_N)}

最后，依次选取各特征子向量采用分段滑窗匹配法，将每一个特征子向量在候选道路路段特征量向量F'内的所有滑窗向量进行逐一的滑动匹配，并计算各个滑窗匹配对应的均方根误差；

针对特征子向量F_m与单个滑窗向量集合的均方根误差计算公式如下：

sinα_f为特征子向量F_m中选择的第f个元素；sinα'_f为单个滑窗向量集合中的第f个元素；

从各滑窗匹配对应的均方根误差中选择最小值，即为特征子向量F_m的匹配结果。

2.如权利要求1所述的一种基于弯道的车辆惯性导航轨迹地图匹配方法，其特征在于，所述的利用均方根误差值对车辆实际位置进行修正的过程如下：

首先，基于各滑窗匹配的均方根误差值分别计算各匹配窗口的权重值；

第m个匹配窗口的权重值w_m的计算方法如下：

S_m为特征子向量F_m匹配的最小均方根误差；

然后，对各匹配窗口分别赋予各自对应的车辆实际位置的误差：{e₁,e₂,...e_m,...e_M}；

最后，计算最终的车辆位置误差E，计算公式如下所示：

E＝w₁e₁+w₂e₂+...w_me_m+...w_Me_M。