本发明专利技术提供一种基于SINS/双OD的惯性组合导航系统及其导航方法，方法包括建立SINS误差模型；建立双OD误差模型；对各误差状态量进行估计并修正。通过在基于SINS/双OD的惯性组合导航系统中设置双里程计，利用双路里程计的速度和方向角信息可以有效地修正惯导的输出，减小导航参数的误差，获得更精确的轨迹发生器的速度信息和方向角度；通过惯导和双里程计的融合，以惯导和里程计的导航参数的误差量作为估计对象运用卡尔曼滤波技术，可以得到精确可行的卡尔曼滤波算法，进而实现更高精度的导航。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及惯性导航领域，特别是设及一种基于SINS/双0D的惯性组合导航系统 及其导航方法。
技术介绍
[000引惯性导航系统通过安装在飞行器或者车体上的惯性测量元件（IMU)输出的旋转 角速度和线加速度推算航位姿态、坐标W及速度等信息。IMU主要为巧螺仪和加速度计；巧 螺仪测量载体旋转的角速度，用于计算载体的姿态变化，提供了载体和导航坐标系的变换 关系；加速度计测量载体在惯导坐标系下运动的线加速度，并用于积分计算载体的速度和 位置信息，再通过载体姿态信息变换到导航坐标系中。捷联惯导系统（SIN巧W其提供导航 信息的全面性和完全的自主性，成为了一种广泛应用的惯性导航系统，本文所设及的车辆 导航系统也在其基础上建立。然而SINS存在随时间累积的导航误差严重影响了系统的导 航精度，因而控制SINS的误差累积成为捷联惯导系统运行的一个关键问题。 利用SINS/GI^S组合导航系统虽然能够很好地解决误差累积问题，但在该系统中，GI^S存在着动态响应能力差、易受电子干扰、信号易被遮挡等缺点，使得SINS/GI^S组合导航 系统在GI^S信号出现故障时不能正常工作。而GI^S信号如果在长时间内不能得倒恢复，系 统的误差就不可避免地随时间而积累。为了解决上述问题，W提高车辆导航的自主性、稳定 性和可靠性为目的，将里程计（0D)和SINS组合起来，将各自收集到的信息融合并获得较高 精度的导航数据，构成WSINS为主、里程计为辅的车辆组合导航系统。里程计是测量车辆 行驶速度和路程的，它不能单独用于车辆定位，但可从捷联惯导中获得姿态和航向信息，进 行定位解算且累积误差较小。 目前，将SINS和0D进行组合的导航系统多采用单里程计，利用其速度信息修正惯 导的导航误差，较为有效地提高了导航精度。但是系统采用速度组合方式，将里程计的速度 测量值分解到导航坐标系后，与捷联惯导系统的速度解算值进行比较，即0D只提供速度量 测信息而忽略了方向角的误差，该种做法导致SINS/0D组合导航位置误差会随车辆行驶路 程不断地缓慢累积，定位精度有缓慢发散的趋势，因而本文提出利用双路里程计来获得更 为精确的速度信息和车的方向角度，从而更加有效地抑制惯导误差的积累，即利用双路里 程计和惯导的融合，运用卡尔曼滤波技术，实现更高精度的导航。
技术实现思路
鉴于W上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于SINS/双0D的惯 性组合导航系统及其导航方法，用于解决现有技术中的由于使用单个里程计与SINS进行 组合形成组合导航系统而导致的SINS/0D组合导航位置误差会随车辆行驶路程不断地缓 慢累积，定位精度有缓慢发散的趋势的问题。 为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于SINS/双0D的惯性组合导 航系统的导航方法，所述方法包括：建立SINS误差模型，所述SINS误差模型包括SINS的姿态误差方程、速度误差方 程及位置误差方程；[000引建立双OD误差模型，所述双OD误差模型包括双OD的速度误差方程及方向角误差 方程； 对SINS误差模型及双OD误差模型的各误差状态量进行估计并修正。 作为本专利技术的基于SINS/双OD的惯性组合导航系统的导航方法的一种优选方案， 本方法的坐标系定义如下：[00川 n系；导航坐标系，即为东-北-天地理坐标系； b系；惯导坐标系，与轨迹发生器坐标系重合； m系；里程计坐标系，与轨迹发生器坐标系平行； 其中，b系及m系的方向均为；x轴沿轨迹发生器横轴指向右侧，y轴沿轨迹发生器 纵轴指向正前方，Z轴垂直于X轴和y轴并构成右手直角坐标系。 作为本专利技术的基于SINS/双OD的惯性组合导航系统的导航方法的一种优选方案， 所述SINS的姿态误差方程为：所述SINS的速度误差方程为：[001 引 所述SINS的位置误差方程为： 式中，口 = AvAj了为捷联惯导计算的东、北和天向的姿态误差角； = 为速度误差；SL、5A、5h为位置误差，分别为绅度、经度和高度误 差；似1为地球自转角速率在导航坐标系上的投影，份L为导航系相对地球坐标系的角速 率在导航系中的投影；产为导航系中的比力；eb二[e,ej为轨迹发生器系中的巧螺 漂移，V& = VyVJ为轨迹发生器体系中的加速度计零偏；C；：为姿态矩阵，而和R1^分 别为地球子午圈和卯酉圈半径。 作为本专利技术的基于SINS/双OD的惯性组合导航系统的导航方法的一种优选方案， 建立双OD误差模型的具体方法为： 使用双OD测得轨迹发生器在t时刻的位姿信息； 根据所述位姿信息得到轨迹发生器的速度及方向角； 根据所述轨迹发生器的速度及方向角，得到所述双0D的速度误差方程及方向角 误差方程。 作为本专利技术的基于SINS/双0D的惯性组合导航系统的导航方法的一种优选方案， 所述双0D的速度误差方程为：[002引所述双0D的方向角误差方程为： 式中，vld为里程计应得到的轨迹发生器的真实速度在n系中的投影，vlw为里程 计量测得到的轨迹发生器的速度在n系中的投影，口为姿态角误差，5k为里程计刻度系数 误差，6C为里程计的方向角在n系中的投影，5 0为里程计方向角系数误差。 作为本专利技术的基于SINS/双0D的惯性组合导航系统的导航方法的一种优选方案， 对SINS误差模型及双0D误差模型的各误差状态量进行估计并修正的具体方法为： WSINS的姿态误差、速度误差、位置误差、巧螺常值漂移及加速度计常值零偏作 为SINS的状态变量，W刻度系数误差及方向角系统误差作为双0D的状态变量建立状态方 程；WSINS解算的数据与双0D测得的数据的差值作为量测量建立量测方程；所述状态方 程及量测方程构成基于SINS/双0D的惯性组合导航系统卡尔曼滤波模型； 根据所述状态方程及量测方程对各误差状态量进行滤波估计并修正。 作为本专利技术的基于SINS/双0D的惯性组合导航系统的导航方法的一种优选方案， 所述状态方程为： X(g二F(t)X(t) +G(,')r(0 式中，X(t)为t时刻系统的状态向量，F(t)为系统矩阵，G(t)为系统噪声转移矩 阵，W(t)为系统噪声； t时刻系统的状态向量为； 式中，户E、户、、巧/为姿态误差，《Ve、SVw、《V。为东、北、天向速度误差， 5L、5A、5h为绅度、经度及高度方向的位置误差，￡,、￡y、e,为S个巧螺常值漂移，Vy、Vz为S个水平加速度计常值零偏，Sk为里程计刻度系数误差，6 0为里程计 方向角系数误差。 作为本专利技术的基于SINS/双0D的惯性组合导航系统的导航方法的一种优选方案， 所述量测方程为：[00创式中，Vi(t)、v2(t)为量测噪声矢量；Hi(t)、H2(t)为t时刻的量测矩阵，Hi(t)、H2(t)为； 式中，vLw、VL。分别为加入惯导信息后里程计测得当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于SINS/双OD的惯性组合导航系统的导航方法，其特征在于，所述方法包括：建立SINS误差模型，所述SINS误差模型包括SINS的姿态误差方程、速度误差方程及位置误差方程；建立双OD误差模型，所述双OD误差模型包括双OD的速度误差方程及方向角误差方程；对SINS误差模型及双OD误差模型的各误差状态量进行估计并修正。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓年，朱顺，郭楠，王峻，郭亚锋，王祝萍，朱劲，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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