一种高精度车载组合高程测量方法技术

本发明专利技术涉及一种高精度车载组合高程测量方法，其技术特点包括：建立惯导里程计组合系统状态方程；建立惯性/高程计子滤波器量测方程；建立惯性/里程子滤波器量测方程；使用联邦卡尔曼滤波器进行解算，得到高精度车载组合高程测量结果。本发明专利技术综合利用惯性解算信息、里程信息和气压高程信息，通过组合导航算法实现了三种高程信息的有效融合，有效地规避了高程发散现象，解决由于短时气压异常引起的高程剧烈无规则波动，同时对长时间行车过程中的高程变化规律进行有效估计，提高长航时长距离高落差情况下的高程定位精度。

A high precision vehicle combined height measurement method

The invention relates to a high precision vehicle combined height measurement method. Its technical features include the establishment of the state equation of the inertial immiler combination system, the establishment of an inertial / height meter filter measurement equation, the establishment of an inertial / linear filter measurement equation, and the use of a federal Calman filter to obtain a high precision vehicle set. The results of the combined height measurement. The invention utilizes the inertial navigation information, mileage information and air pressure Gao Cheng information, and realizes the effective fusion of three kinds of Gao Cheng information through the combined navigation algorithm. It effectively avoids Gao Cheng's divergence phenomenon and solves Gao Cheng's violent and irregular fluctuation caused by the short time pressure anomaly, and at the same time, Gao Cheng in the long running course of Gao Cheng. The rule of change can be effectively estimated to improve the elevation positioning accuracy under long distance and high distance fall.

【技术实现步骤摘要】
一种高精度车载组合高程测量方法
本专利技术属于车载组合导航
，是一种高精度车载组合高程测量方法。
技术介绍
陆用车辆组合导航系统一般由惯性测量单元、里程计和高程计组成。惯性测量单元通过陀螺仪和加速度计敏感载体角增量和速度增量以进行惯性解算。里程计测量车辆行驶的位移增量，通过航位推算方法计算得载车水平定位信息。高程计通过气压测量原理，对安装环境的大气压力进行精确测量，通过“气压—高程”换算关系推算出由于气压变化引起的高程变化，从而对高程输出进行实时修正。传统的高程测量方法受气压高程测量方式所限，高程测量精度受温度、湿度及短时局部气象变化影响较大，容易产生短时测量值突跳及长时间高程变化与实际高程缓慢成比例发散的问题。
技术实现思路
本专利技术的目地在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、测量精度高且性能稳定的高精度车载组合高程测量方法。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种高精度车载组合高程测量方法，包括以下步骤：步骤1、建立惯导里程计组合系统状态方程；步骤2、建立惯性/高程计子滤波器量测方程；步骤3、建立惯性/里程子滤波器量测方程；步骤4、使用联邦卡尔曼滤波器进行解算，得到高精度车载组合高程测量结果。所述步骤1建立的组合系统状态方程包括惯导系统误差状态和里程计定位系统误差状态；所述惯导系统误差状态包括姿态角误差、速度误差、位置误差、陀螺常值误差和加表常值误差，所述里程计定位系统误差状态包括里程计定位误差、俯仰安装偏角误差、方位安装偏角误差和里程当量误差。所述步骤2是以惯导高度增量与高程计高程增量之差作为惯性/高程计子滤波器的观测量。所述步骤3是以惯导高度增量与里程计高程分量之差作为惯性/高程子滤波器的观测量。所述联邦卡尔曼滤波器由一个主滤波器和两个子滤波器组成，两子滤波器将其信息统一送往主滤波器，主滤波器利用信息分配的原则来改进系统的容错性能，并且各个子滤波器的测量值是彼此相互独立的；所述联邦卡尔曼滤波器进行解算的方法包括以下步骤：⑴对联邦卡尔曼滤波器的子滤波器进行初始化，将子滤波器的初始估计协方差阵设置为组合系统初值的γi倍，γi满足信息守恒原则；⑵各子滤波器根据各自的状态方程，独立获取时间更新信息，主滤波器根据自己的状态方程对信息进行更新；⑶各子滤波器根据自己的最新量测信息对子滤波器进行量测更新，从而获取最新量测信息；⑷在得到各子滤波器的子滤波器估计和主滤波器的估计后按主滤波器最优估计进行最优融合，得到主滤波器的状态估计和方差信息；⑸在得到主滤波状态估计信息后，根据各子滤波器的估计值、协方差阵，按照一定的信息分配原则对子滤波器进行分配和重置；⑹重复⑵至⑸步骤进行解算。本专利技术的优点和积极效果是：1、本专利技术以惯性解算为基础，以基于气压测量原理输出高程变化的高程计信息、基于车辆转轴转动输出高精度速率信息的里程计信息为辅助手段，通过卡尔曼滤波器，对车辆行进过程中的高程变化进行组合解算，能够实时输出高精度高程信息。2、本专利技术综合利用惯性解算信息、里程信息和气压高程信息，通过组合导航算法实现了三种高程信息的有效融合，有效地规避了高程发散现象，解决由于短时气压异常引起的高程剧烈无规则波动，同时对长时间行车过程中的高程变化规律进行有效估计，提高长航时长距离高落差情况下的高程定位精度。附图说明图1是本专利技术所使用的联邦卡尔曼滤波器的结构图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例做进一步详述。本专利技术以惯性解算为基础，分别以高程计输出的高程测量值和里程计输出里程在高程方向上的投影作为观测量，建立两个子滤波器，在综合两子滤波器信息的基础上利用信息分配原则进行联邦滤波，可消除各子状态估计的相关性，设计灵活，计算量小，只需进行简单、有效的融合，就能得到最优的高程估计。本专利技术的高精度车载组合高程测量方法包括以下步骤：步骤1、建立惯导里程计组合系统状态方程。在本步骤中，选取21维状态变量建立组合系统状态方程，这21维变量分别是惯导系统误差状态(包括姿态角误差φ3、速度误差δvn、位置误差δp、陀螺常值误差ε和加表常值误差▽)和里程计定位系统误差状态(里程计定位误差δpodo、俯仰安装偏角误差δαθ、方位安装偏角误差δαψ和里程当量误差δKodo)：惯导里程计组合导航的误差状态转移矩阵如下所示，包括惯导误差方程和里程计定位误差方程两部分(FINS/odo为惯导里程计组合的误差转移矩阵，FINS为惯导误差转移矩阵，Fodo为里程计误差转移矩阵)：其中惯导系统误差方程为：其中，Fij为第i行，第j列的状态转移矩阵。里程计定位误差方程为：Fodo＝[Fodo103×12Fodo2Fodo3]其中，Fodo1、Fodo2和Fodo3为Fodo的三个子矩阵。步骤2、建立惯性/高程计子滤波器量测方程。高程计输出高程的长期误差δALT反映在气压高程增量Δhatmp与真实高程增量Δh的比例上：以惯导高度增量ΔhI与高程计高程增量Δhatmp之差作为惯性/高程计子滤波器的观测量，建立惯性/高程计子滤波器量测方程为：Zp1(t)＝[ΔhI-Δhatmp]＝[δALT·Δh]＝Hp1(t)X(t)+Vp1(t)步骤3、建立惯性/里程子滤波器量测方程。里程计输出对高程组合的贡献在于短时里程增量在高程方向上的投影，里程推算的高程增量Δh为：Δh＝ΔL·sin(P-P0)其中，ΔL为实时里程增量，P为惯导的实时俯仰角输出，P0为惯导与载车之间的俯仰安装误差角，该角度通过里程计标校过程获得。以惯导高度增量与里程计高程分量之差作为惯性/高程子滤波器的观测量，建立惯性/里程子滤波器量测方程为：Zp2(t)＝[ΔhI-Δhodo]＝[δL·sinδP]＝Hp2(t)X(t)+Vp2(t)步骤4、使用联邦卡尔曼滤波器进行解算，得到高精度车载组合高程测量结果。联邦卡尔曼滤波器由一个主滤波器和两个子滤波器组成，如图1所示。两子滤波器将其信息统一送往主滤波器，主滤波器利用信息分配的原则来改进系统的容错性能，而且各个子系统的测量值是彼此相互独立的。图1中的参考系统为惯导系统。它的输出Xk除了给主滤波器外还输出给各个子滤波器作为测量值。各个子系统的输出也只输出给相应的子滤波器，而各子滤波器的估计值协方差阵Pi一并送入主滤波器，并在主滤波器中和主滤波器的估计值进行融合得到全局的最优估计。所得到的全局估计值及协方差阵Pg被放大不同的后反馈到各个子滤波器中来重复设置各个子滤波器估计值：同时主滤波器的估计误差方差阵重置为全局估计误差方差阵的倍。βi(i＝1,2,…,N,m)为信息分配系数，其值根据信息分配原则来确定的，不同的βi值可以获得联邦滤波器的不同结构和不同特性(容错性、精度和计算量)。系统噪声总的信息量Q-1分配到各子滤波器和主滤波器中，即：而根据信息守恒原理，可得：各子滤波器处理自己的量测信息，获得局部估计。对于N个局部状态和相应的估计误差协方差矩阵P11,P22,…,PNN，各局部估计互不相关，即Pij＝0(i≠j)，全局最优估计为：联邦滤波的算法流程：(1)初始化：对联邦滤波的局部滤波器进行初始化，将局部滤波器的初始估计协方差阵设置为组合系统初值的倍。γi满足信息守恒原则(4)。(2)各子滤波器根据各自的状态方程，独立获取时间更新信息。这时主滤波器也根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高精度车载组合高程测量方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、建立惯导里程计组合系统状态方程；步骤2、建立惯性/高程计子滤波器量测方程；步骤3、建立惯性/里程子滤波器量测方程；步骤4、使用联邦卡尔曼滤波器进行解算，得到高精度车载组合高程测量结果。

【技术特征摘要】
1.一种高精度车载组合高程测量方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、建立惯导里程计组合系统状态方程；步骤2、建立惯性/高程计子滤波器量测方程；步骤3、建立惯性/里程子滤波器量测方程；步骤4、使用联邦卡尔曼滤波器进行解算，得到高精度车载组合高程测量结果。2.根据权利要求1所述的高精度车载组合高程测量方法，其特征在于：所述步骤1建立的组合系统状态方程包括惯导系统误差状态和里程计定位系统误差状态；所述惯导系统误差状态包括姿态角误差、速度误差、位置误差、陀螺常值误差和加表常值误差，所述里程计定位系统误差状态包括里程计定位误差、俯仰安装偏角误差、方位安装偏角误差和里程当量误差。3.根据权利要求1所述的高精度车载组合高程测量方法，其特征在于：所述步骤2是以惯导高度增量与高程计高程增量之差作为惯性/高程计子滤波器的观测量。4.根据权利要求1所述的高精度车载组合高程测量方法，其特征在于：所述步骤3是以惯导高度增量与里程计高程分量之差作为惯性/高程子滤波器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓亮，李永涛，孙晨，赵圆，赵帅，张若维，赵云旭，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零七研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12