卫星、惯导、频谱地图、磁力计组合的导航方法及应用

1.一种卫星、惯导、频谱地图、磁力计组合的导航方法，其特征在于，包括：步骤110，实时获取移动智能平台的传感器测量数据，并存储在数据文件中；所述传感器测量数据至少包括GNSS测量信息、惯导测量数据、信号强度数据、频谱地图和磁力计测量数据；步骤120，从数据文件中，对传感器测量数据进行采样，并用历元标记每个采样时间点的传感器测量数据；步骤130，对惯导测量数据进行数据管理和惯导外推，获得惯导外推结果；所述惯导外推结果包括惯导误差；步骤140，依据当前历元的GNSS测量信息判定导航卫星的可观测性；若导航卫星是可观测的，则利用惯导外推结果以及GNSS与惯导组合导航获取组合导航定位结果，对下一个历元重新执行步骤140；若导航卫星是不可观测的，则执行步骤150；步骤150，将所述磁力计测量数据，通过方向角解算和惯导测量数据检验与修正，得到可靠姿态结果；步骤160，对信号强度数据和频谱地图进行数据同步后，结合所述惯导外推结果和可靠姿态结果，通过基于SIR粒子滤波的频谱地图匹配定位，获得频谱地图导航定位结果，作为组合导航定位结果；步骤170，利用频谱地图导航定位结果修正所述惯导外推结果的惯导误差，使惯导误差状态清零后，对下一个历元重新执行步骤140，直到遍历所有历元，输出并保存组合导航定位结果。 2.根据权利要求1所述的卫星、惯导、频谱地图、磁力计组合的导航方法，其特征在于，步骤110中，所述数据文件至少包括：GNSS测量信息文件，惯导测量数据文件，通信泛在特征测量文件和磁力计测量文件；所述GNSS测量信息文件用于存储GNSS测量信息，至少包括存储观测数据的测量文件，以及存储星历数据的星历文件；所述惯导测量数据文件用于存储惯导测量数据；所述惯导测量数据至少包括加表数据和陀螺仪数据；加表数据包括加表速度数据，陀螺仪数据包括陀螺角度数据；所述通信泛在特征测量文件至少包括实时接收和存储信号强度数据的信号强度数据文件，以及已完成构建且可以进行实时更新的频谱地图文件；所述频谱地图文件提供频谱地图，至少包括地图位置信息、与位置对应的信号强度数据、环境特征参数、频率信息和采集数据的时间戳信息；磁力计测量文件包含磁力计测量数据，用于姿态估计和方向测量。 3.根据权利要求2所述的卫星、惯导、频谱地图、磁力计组合的导航方法，其特征在于，步骤120中，从数据文件中，对传感器测量数据进行采样，并用历元标记每个采样时间点的传感器测量数据，包括：从GNSS测量信息文件采样GNSS测量信息，GNSS测量信息的一个历元 ，是指按时间间隔 采集GNSS测量信息的采样时间点，其中， ， 是GNSS测量信息的历元总数， ；从惯导测量数据文件采样惯导测量数据，惯导测量数据的一个历元 ，是指按时间间隔 获取惯性测量数据的采样时间点，其中， ， 是惯性测量数据的历元总数， ，且 ；从信号强度数据文件采集信号强度数据，信号强度数据的一个历元 ，是指按时间间隔 采集信号强度数据的采样时间点，其中， ， 是信号强度数据的历元总数， 。 4.根据权利要求3所述的卫星、惯导、频谱地图、磁力计组合的导航方法，其特征在于，步骤130中，对惯导测量数据进行数据管理和惯导外推，获得惯导外推结果，包括：逐个读取每个历元 的惯导测量信息，将单个历元的惯导测量信息临时存储至惯导测量数据缓冲结构体；设 是GNSS测量信息的当前历元，将 之后到 之前一共 个历元 的惯导测量信息中的陀螺角度增量和加表速度增量进行累计，得到导航状态参数的变化量， 其中： ；将所述导航状态参数的变化量作为输入数据，利用惯导外推，解算和预测 处的惯导测量数据，作为惯导外推结果。 5.根据权利要求4所述的卫星、惯导、频谱地图、磁力计组合的导航方法，其特征在于，步骤140中，利用惯导外推结果和GNSS与惯导组合导航获取组合导航定位结果，包括：利用惯导外推结果，同步 处的惯导测量数据与GNSS测量信息；利用初始 时的GNSS测量信息和惯导测量数据，确定平台的初始导航状态参数，实现GNSS与惯导组合初始对准；通过紧组合扩展卡尔曼滤波测量更新，预测导航状态参数，获得组合导航定位结果。 6.根据权利要求5所述的卫星、惯导、频谱地图、磁力计组合的导航方法，其特征在于，所述步骤150，包括：从磁力计测量文件中读取磁力计测量数据；根据磁力计测量数据解算移动智能平台的方位角 ;利用惯导测量数据检验并修正方位角；输出融合了磁力计测量数据与惯导测量数据的可靠姿态结果。 7.根据权利要求6所述的卫星、惯导、频谱地图、磁力计组合的导航方法，其特征在于，所述步骤160，包括：从通信泛在特征测量文件中，获取信号强度数据和频谱地图；读取当前历元 的信号强度数据，并实时更新频谱地图；判断频谱地图实时更新前后的变化；若发生变化，则同步当前历元的信号强度数据与频谱地图；若未发生变化，则频谱地图用离线的频谱地图替换；通过SIR粒子滤波的时间更新和测量更新，进行频谱地图匹配定位，获得频谱地图导航定位结果，作为组合导航定位结果。 8.根据权利要求7所述的卫星、惯导、频谱地图、磁力计组合的导航方法，其特征在于，通过SIR粒子滤波的时间更新和测量更新，进行频谱地图匹配定位，获得频谱地图导航定位结果，包括：利用惯导测量数据获取惯导初始位置 ；基于惯导初始位置 ，初始化粒子群；基于惯导运动方程传播粒子群： ，其中， 为时刻标识， 为惯导的位置向量， 为粒子标识， 为位置增量； 表示 时刻相对于 时刻惯导的位置增量， 表示 时刻惯导的位置向量；计算粒子状态值 ，其中 为粒子在频谱地图中对应的信号强度数据的观测向量， 为粒子群二维坐标矩阵；计算粒子观测值 ,并更新权粒子值 ，计算有效粒子数 ；当有效粒子数小于预设阈值 ，进行重要性再采样；当 ，估计移动智能平台的位置和速度状态值： ；基于 进行下一历元导航定位中的粒子重采样。 9.如权利要求1至8中任一项所述的卫星、惯导、频谱地图、磁力计组合的导航方法在5G手机上的应用，实现5G手机的组合导航定位，其中惯导采用基于MIMU的微惯导模式，其特征在于，所述方法包括：步骤210，实时获取5G手机上加载的传感器测量数据，并存储在数据文件中；所述传感器测量数据至少包括GNSS测量信息、惯导测量数据、信号强度数据、频谱地图和磁力计测量数据；在5G手机上搭载GNSS与MIMU组合导航模块、惯导外推模块、基于SIR粒子滤波的频谱地图匹配定位模块、磁力计辅助模块和系统误差估计模块；步骤220，从数据文件中，对传感器测量数据进行采样，并用历元标记每个采样时间点的传感器测量数据；步骤230，将惯导测量数据输入惯导外推模块，进行数据管理和惯导外推，获得惯导外推结果；所述惯导外推结果包括惯导误差；步骤240，逐个将每个历元的GNSS测量信息输入GNSS与MIMU组合导航模块，依据GNSS测量信息判定导航卫星的可观测性；当前历元中，若导航卫星是可观测的，则GNSS与MIMU组合导航模块融合惯导外推结果，获取组合导航定位结果，对下一个历元重新执行步骤240；若导航卫星是不可观测的，则执行步骤250；步骤250，将磁力计测量数据输入磁力计辅助模块，通过方向角解算和惯导测量数据检验与修正，得到可靠姿态结果；步骤260，当导航卫星不可观测时，将GNSS测量信息、惯导外推结果和可靠姿态结果输入基于SIR粒子滤波的频谱地图匹配定位模块，获得频谱地图导航定位结果，作为组合导航定位结果；步骤270，利用频谱地图导航定位结果修正所述惯导外推结果的惯导误差，使惯导误差状态清零后，对下一个历元重新执行步骤240，直到遍历所有历元，输出并保存组合导航定位结果。