用于车用组合惯性导航系统在无观测值条件下的启动方法、车用组合惯性导航系统和车辆技术方案

用于车用组合惯性导航系统在无观测值条件下的启动方法、车用组合惯性导航系统和车辆。其特征在于，包括以下步骤：S1：在车辆运动过程中，组合惯性导航系统实时计算车辆车身坐标系与地球坐标系之间的变换算子T；S2：判断车辆处于停车状态时，将最近一次变换算子T以非易失的方式记录；S3：重新启动车辆时，判断车辆处于停车状态时，将车辆当前车身坐标系下的空间矢量通过变换算子T转换为地球坐标系下的空间矢量，实现组合惯性导航系统的启动。

Start-up Method, Vehicle Integrated Inertial Navigation System and Vehicle without Observed Values for Vehicle Integrated Inertial Navigation System

Start-up method, vehicle integrated inertial navigation system and vehicle without observation value are used in vehicle integrated inertial navigation system. The characteristics of the system include the following steps: S1: in the process of vehicle movement, the integrated inertial navigation system calculates the transformation operator T between the vehicle body coordinate system and the earth coordinate system in real time; S2: when judging the vehicle is in parking state, the last transformation operator T is recorded in a non-volatile manner; S3: when restarting the vehicle, when judging the vehicle is in parking state, the vehicle should be considered as the vehicle. The space vector in the front body coordinate system is transformed into the space vector in the earth coordinate system by the transformation operator T, and the start-up of the integrated inertial navigation system is realized.

【技术实现步骤摘要】
用于车用组合惯性导航系统在无观测值条件下的启动方法、车用组合惯性导航系统和车辆
本专利技术涉及一种组合惯性导航系统启动方法、车用组合惯性导航系统和车辆，尤其涉及用于车辆从室外到室内车库停车后启动的应用场景。
技术介绍
组合惯性导航系统（简称“组合惯导”）通常应用于航天、船舶等领域。自动驾驶技术的兴起使得组合惯导技术有了新的应用领域。系统一般通过GNSS获得车辆的绝对位置，并作为观测值的角色输入卡尔曼滤波（Kalmanfiltering）算法与通过惯性器件（IMU）获得的车辆加速度与角速度进行融合，最终获得具有高鲁棒性、连贯、平顺、且高更新率的车辆位置、动力学及姿态信息。而此类算法对于观测值（observer）的依赖较大，一般情况下系统无法离开观测值独立工作。常会使用由卫星定位系统提供的定位及航向信息作为观测值的输入，如专利US7193559B2所公开的技术。此类系统在车辆应用条件下，通常在地下车库无法启动，而需要等到车辆行驶到能够搜索到足够卫星的环境中才能完成启动。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，在不引入额外观测源（又称为环境传感器）的条件下，即使现有观测源（如全球导航卫星系统，简称GNSS）不能提供有效的观测数据，系统依旧可以快速地完成初始化，从而解决组合惯导系统在各种使用环境中启动的问题，尤其是地下车库这类室内场景。按照本专利技术的一个方面，用于车用组合惯性导航系统在无观测值条件下的启动方法，包括以下步骤：S1：在车辆运动过程中，组合惯性导航系统实时计算车辆车身坐标系与地球坐标系之间的变换算子T；S2：当例如通过车用组合惯性导航系统的计算单元判断车辆处于停车状态时，将最近一次变换算子T以非易失的方式记录；S3：重新启动车辆时，判断车辆处于停车状态时，将车辆当前车身坐标系下的空间矢量通过变换算子T转换为地球坐标系下的空间矢量，实现组合惯性导航系统的启动。所述方法基于这样的构思，组合惯导的启动过程核心的要素是获取系统当前的姿态，并通过观测源求解车身坐标系与地球坐标系之间的映射关系。因此，为了使组合惯导在任何环境中都能完成启动，需要解决该映射关系的有效性甄别及获取问题。在所述方法的框架内建议，在惯导系统正常工作的时候，即为掉电之前，实时计算车辆车身坐标系与地球坐标系之间的映射关系（即变换算子T）。在此，对执行所述方法来说，该映射关系的来源是GNSS、或是其他环境传感器、亦或是基于单独惯性推算车辆运动状态（DeadReckoning），都是无区别的。重要的在于，需要实时计算该变换算子T，并准确判断车辆是否进入停车状态并加以记录。对于停车状态的判断，其作用在于，组合惯导在进入IMU推算模式时，由于传感器本身的误差以及推算所积累的误差，使得系统并不能准确分辨目前的车辆的运动状态，例如匀速直线运动与静止。因此，如果不加以区分的对变换算子T加以记录并应用，很大程度上会产生负面的效果。而当系统再次启动时，对应用变换算子T的条件也需要加以控制。即如果车辆立即进入运动状态，则基于IMU的加速度计所获得的车辆姿态会引入除重力之外的加速度分量，此时将车辆当前车身坐标系下的空间矢量通过变换算子T转换为地球坐标系下的空间矢量时，同样会带来额外的误差。故对于停车状态的判断，是本方法不可缺少的组成部分。步骤S2或S3所述判断车辆处于停车状态，一种优选的扩展方案是，通过通讯链路获取车辆点火开关信号、档位信号、轮速信号；当判断点火开关信号为熄火状态，且档位信号为驻车档，且轮速信号为零时，则判定车辆处于停车状态。该扩展方案是基于这样的构思，不论是内燃机汽车，还是新能源汽车，即便具有无钥匙进入功能，都同样存在点火信号（即钥匙信号）作为车辆整车电子系统启动的一个标志。当点火信号从熄火进入点火状态时，可以作为唤醒惯导系统的标志，使系统进入启动流程。而驻车档位信号和轮速信号互为冗余，进一步确保车辆处于停车状态的可靠性。同时停车判断可以摆脱基于IMU判断车辆运动状态算法的局限性，即通过加速度梯度及角速度梯度判断是否处于静止状态。同时大量节省了计算资源，提高决策速度，将响应时间缩短到毫秒级以内。步骤S2，另一种优选的扩展方案是，还包括以非易失的方式记录变换算子T的精度标量L，，其中A、B为大于零的常数系数；e为自然对数的底数；t为组合惯性导航系统失去观测值的时间长度，单位为秒。当精度标量L小于标定阈值M时，则执行步骤S3中的转换，在这种情况下所得到的变换算子T对于本系统的启动而言是较佳的，从而得到更优的启动效果。该扩展方案是基于这样的构思，变换算子T的优良性是惯导系统启动的一种可选的参考条件。而在一种可能的应用场景中，如车辆从室外行驶进入室内并停车的过程中，此时GNSS信号失效，可以通过分离算法使惯性系统的单独工作，继续推算（DeadReckoning）车辆的车辆位置、动力学及姿态信息。而由于推算算法本身不可避免的存在累计误差，且当惯导系统进入推算状态时，系统本身无法通过自身计算获得绝对误差的大小，故引入一个基于先验标定的精度标量L，可以有效地帮助系统判断所记录的变换算子T的优良性。由于累计误差的变化规律主要取决于所使用的IMU性能和推算算法的优劣，而本扩展方案所使用的精度标量L通过基于模型的统计数据标定，可以获得精度标量L计算公式的各个系数A和B，同时还能确定所需要的判断阈值M。该步骤主要包括：1）根据加速度传感器和角速度传感器本身的偏移稳定性（BiasStability）、噪声密度（NoiseDensity）和重力加速度敏感性（GSensitivity）根据高斯分布或者正态分布为IMU建立误差模型，从而确定纯惯性推算条件下的误差累计定性趋势；2）将目标组合惯性导航系统安装于车辆上进行丢星模拟实验，即在卫星信号良好的条件下，通过软件层面切断卫星接收机与计算单元之间的联系，从而模拟失去卫星的工况。同时记录试验过程中准确的卫星定位数据，从而获得不同车辆行驶条件下（如车速、加速度、角速度等）惯性推算的误差。3）将不同工况所获得的误差随时间的变化规律进行统计分析，根据3σ原则确定误差边界，并采用非线性拟合获得精度标量L计算公式的各个系数A和B。通常系数A和B都在0~1范围内，阈值M在0~100范围内。最终经过标定后的精度标量公式和阈值M可以用于判断变换算子T的优良性，即当L小于等于M时变换算子T为优良。如此便可以在节省计算资源的前提下，便利地获得对变换算子T的检验。另外，其中车用通讯链路，优选地可以是CAN总线或是以太网络。对于变换算子T，一种优选的扩展方案是，，其中为车辆相对地球坐标系的俯仰角；其中为车辆相对地球坐标系的偏航角；其中为车辆相对地球坐标系的横滚角。其中步骤S3将车辆当前车身坐标系下的空间矢量通过变换算子T转换为地球坐标系下的空间矢量，即，其中T为变换算子；其中为车辆当前车身坐标系下的空间矢量；其中为地球坐标系下的空间矢量。该扩展方案是基于这样的构思，车身坐标系与地球坐标系之间的映射关系是两种坐标系之间的转换关系，也可以看做是一种坐标系旋转操作。车身坐标系与地球坐标系分别为两个独立的xyz坐标轴组成的正交坐标系，将车身坐标系向地球坐标系旋转的过程，可以拆分为三步，即首先保持yz轴相对关系不变，绕x轴旋转；然后保持xz轴相对关系不变，绕y本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于车用组合惯性导航系统在无观测值条件下的启动方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在车辆运动过程中，组合惯性导航系统实时计算车辆车身坐标系与地球坐标系之间的变换算子T；S2：判断车辆处于停车状态时，将最近一次变换算子T以非易失的方式记录；S3：重新启动车辆时，判断车辆处于停车状态时，将车辆当前车身坐标系下的空间矢量通过变换算子T转换为地球坐标系下的空间矢量，实现组合惯性导航系统的启动。

【技术特征摘要】
1.一种用于车用组合惯性导航系统在无观测值条件下的启动方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：在车辆运动过程中，组合惯性导航系统实时计算车辆车身坐标系与地球坐标系之间的变换算子T；S2：判断车辆处于停车状态时，将最近一次变换算子T以非易失的方式记录；S3：重新启动车辆时，判断车辆处于停车状态时，将车辆当前车身坐标系下的空间矢量通过变换算子T转换为地球坐标系下的空间矢量，实现组合惯性导航系统的启动。2.根据权利要求1所述的启动方法，其特征在于，其中步骤S2或S3，通过通讯链路获取车辆点火开关信号、档位信号、轮速信号；当判断点火开关信号为熄火状态，且档位信号为驻车档，且轮速信号为零时，则判定车辆处于停车状态。3.根据权利要求1所述的启动方法，其特征在于，其中步骤S2还包括以非易失的方式记录变换算子T的精度标量L。4.根据权利要求3所述的启动方法，其特征在于，当精度标量L小于标定阈值M时，则执行步骤S3中的转换。5.根据权利要求3或4所述的启动方法，其特征在于，，其中A、B为大于零的常数系数；e为自然对数的底数；t为组合惯性导航系统失去观测值的时间长度，单位为秒。6.根据权利要求1或3或4所述的启动方法，其特征在于，，其中为车辆相对地球坐标系的俯仰角；其中为车辆相对地球坐标系的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆海峰，卞江，
申请(专利权)人：上海戴世智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31