基于顺/反序的GNSS/INS组合导航解算方法技术

本发明专利技术涉及组合导航技术，其公开了一种基于顺/反序的GNSS/INS组合导航解算方法，提高INS/GNSS组合导航在全时段的解算结果的准确性。该方法包括以下步骤：a.INS/GNSS组合导航分别进行时间顺序和时间反序的解算，获得前向解算和后向解算的位姿信息；b.根据INS/GNSS组合导航的组合滤波器的输出参数结合时间对误差级别进行标注；c.根据误差级别标注对前向解算和后向解算的位姿信息进行加权平均，获得最终的位姿导航信息。本发明专利技术方案适用于松/紧耦合的INS/GNSS组合导航解算，对各级别的惯性器件均有作用，特别是低精度级别的惯性器件的组合导航解算效果提升更加明显。

Solution Method of GNSS/INS Integrated Navigation Based on Order/Order

【技术实现步骤摘要】
基于顺/反序的GNSS/INS组合导航解算方法
本专利技术涉及组合导航技术，具体涉及一种基于顺/反序的GNSS/INS组合导航解算方法。
技术介绍
惯性导航(INS)具有很多优点：连续工作，硬件故障率低、输出频率高。它既能提供有效的姿态，角速率和加速度测量，又能输出位置和速度，而且不易被干扰，对外无辐射。然而，由于惯性仪表误差通过导航方程被不断的积分，因此惯性导航解算的精度随时间下降。全球导航卫星系统(GNSS)可以提供长时间误差稳定的高精度位置输出。但与INS相比，其输出频率低，且标准的GNSS设备不能测量姿态。GNSS信号会被遮挡或干扰，因此不能依赖GNSS来提供连续导航参数。可以看出，INS和GNSS的优缺点是互补的，因此可以将二者组合在一起，结合两种技术的优势，以提供连续，高带宽，长时和短时的高精度，完整的导航参数。在INS/GNSS或GNSS/INS组合导航系统中，GNSS测量抑制了惯性导航的漂移，而INS对GNSS导航结果进行了平滑并弥补了其信号的中断。INS/GNSS组合导航需要对INS和GNSS系统各个误差值进行估计，然后校正，从而得到更加精确的结果。位姿输出信息概括的表示如式1所示：其中，x，y，z，roll，pitch，heading是用户导航输出位姿信息，Gyro′和Acc′是对惯性器件相关的误差估计，GNSS′是对GNSS相关的各观测量的误差估计。传统的INS/GNSS组合导航一般只进行一次顺序解算，解算流程如图1所示，通过INS和GNSS之间的互补，利用滤波器结合起来，即可实现导航，得到准确位姿信息。但是，由于组合滤波器存在一个收敛的过程，使得初始阶段的解算结果准确度不高，如图2所示。此外，由于INS/GNSS组合导航在GNSS数据采样间隔期间或者GNSS数据中断的情况下，会进行纯惯性导航方式(INS)解算，由于惯性导航特性，惯性器件输出误差通过导航方程会不断的被积分，因此纯惯性导航解算的精度会随时间下降。那么解算结果精度在此情况下也会下降。再者，在长时间惯性器件可观测性弱(如直线路段)的情况下，同样由于惯性导航误差的积分，精度会下降。这种情况是因为可观测性弱时，误差对整体精度影响会更大。因此，如何提高INS/GNSS组合导航在全时段的解算结果的准确性是当前亟待解决的一项技术问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种基于顺/反序的GNSS/INS组合导航解算方法，提高INS/GNSS组合导航在全时段的解算结果的准确性。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：基于顺/反序的GNSS/INS组合导航解算方法，包括以下步骤：a.INS/GNSS组合导航分别进行时间顺序和时间反序的解算，获得前向解算和后向解算的位姿信息；b.根据INS/GNSS组合导航的组合滤波器的输出参数结合时间对误差级别进行标注；c.根据误差级别标注对前向解算和后向解算的位姿信息进行加权平均，获得最终的位姿导航信息。作为进一步优化，步骤b具体包括：若在tlast时刻，组合滤波器解算出来的当前姿态信息相对于上一次解算出来的姿态信息的变化量超过了门限值，即满足||Anglelast-△t-Anglelast||>门限值；其中，Anglelast是tlast时刻解算出的姿态信息，Anglelast-△t是tlast的上一时刻解算出的姿态信息，△t是解算时间间隔，前向解算的时候为正值，后向解算的时候为负值；则按照时间间隔对姿态误差协方差估计矩阵进行加权：Pf＝Pf×TfPb＝Pb×Tb其中，Pf和Pb分别是前向解算和后向解算的状态误差协方差估计矩阵，Tf和Tb分别为前向解算的当前时刻与tlast的时间间隔，以及后向解算的当前时刻与tlast的时间间隔。作为进一步优化，步骤c中，所述根据误差级别标注对前向解算和后向解算的位姿信息进行加权平均，采用如下公式计算：其中，x是最终加权后结果，xf和xb分别是前向解算和后向解算的解算结果。本专利技术的有益效果是：利用GNSS/INS组合导航可以进行时间顺反序解算的特点，对顺序解算结果和反序解算结果进行加权平均得到最终解算结果，从而对由于组合滤波器的收敛特性带来的状态不确定性进行平滑，获得更为精确的解算结果；此外，本专利技术还可以在GNSS数据采样间隔期间，或者GNSS数据中断的情况下，或者在长期直线路段下，通过正序、反序解算结果根据误差大小的加权，解决由于惯性导航的误差积累特性带来的导航精度随时间下降的问题，从而提升解算的精度；因此，本专利技术的方案可以大大提高INS/GNSS组合导航在全时段的解算结果的准确性。附图说明图1为传统技术中的GNSS/INS组合导航解算方法流程图；图2为组合滤波器的收敛过程曲线图；图3为本专利技术中的GNSS/INS组合导航解算方法流程图；图4为采用顺/反序加权解算对于组合滤波器收敛带来的状态不确定性平滑的示意图；图5为采用顺/反序加权解算减小GNSS数据采样间隔或数据中断带来的误差的示意图；图6为采用顺/反序加权解算航向角姿态的输出信息与单顺序解算对比示意图。具体实施方式本专利技术旨在提供一种基于顺/反序的GNSS/INS组合导航解算方法，提高INS/GNSS组合导航在全时段的解算结果的准确性。其核心思想是：INS/GNSS组合导航分别进行时间顺序和反序的解算，得到顺序和反序解算的位姿信息。然后根据组合滤波器输出参数，结合时间进行判定对误差级别标注。最后，根据误差级别标注对顺序和反序解算的结果进行加权平均后得到最终的用户位姿导航信息。如图3所示，本专利技术中的基于顺/反序的GNSS/INS组合导航解算方法，包括以下步骤：1.INS/GNSS组合导航分别进行时间顺序和时间反序的解算，获得前向解算和后向解算的位姿信息；本步骤中，时间顺序解算的解算方式是从解算输入数据的开始计算到数据的结尾，时间反序解算方式是从解算输入数据的结尾计算到数据的开始，时间顺序和反序的具体解算的公式参见(式1)，解算获得位置信息和姿态信息以及各误差量。2.根据INS/GNSS组合导航的组合滤波器的输出参数结合时间对误差级别进行标注；本步骤中，若在tlast时刻，组合滤波器解算出来的当前姿态信息相对于上一次解算出来的姿态信息的变化量超过了门限值，即满足||Anglelast-△t-Anglelast||>门限值；其中，Anglelast是tlast时刻解算出的姿态信息，Anglelast-△t是tlast的上一时刻解算出的姿态信息，△t是解算时间间隔，前向解算的时候为正值，后向解算的时候为负值；则按照时间间隔对姿态误差协方差估计矩阵进行加权：Pf＝Pf×TfPb＝Pb×Tb其中，Pf和Pb分别是前向解算和后向解算的状态误差协方差估计矩阵，Tf和Tb分别为前向解算的当前时刻与tlast的时间间隔，以及后向解算的当前时刻与tlast的时间间隔。通过在发生姿态变化量超过门限值后对姿态误差协方差估计矩阵进行加权，可以提高姿态误差估计的准确性，从而便于后续获取准确的位姿信息。3.根据误差级别标注对前向解算和后向解算的位姿信息进行加权平均，获得最终的位姿导航信息。本步骤中，在进行加权平均时，考虑了前向解算和后向解算的随时间而变的误差级别，具体加权方法为：x是最终加权后结果。xf和x本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于顺/反序的GNSS/INS组合导航解算方法，其特征在于，包括以下步骤：a.INS/GNSS组合导航分别进行时间顺序和时间反序的解算，获得前向解算和后向解算的位姿信息；b.根据INS/GNSS组合导航的组合滤波器的输出参数结合时间对误差级别进行标注；c.根据误差级别标注对前向解算和后向解算的位姿信息进行加权平均，获得最终的位姿导航信息。

【技术特征摘要】
1.基于顺/反序的GNSS/INS组合导航解算方法，其特征在于，包括以下步骤：a.INS/GNSS组合导航分别进行时间顺序和时间反序的解算，获得前向解算和后向解算的位姿信息；b.根据INS/GNSS组合导航的组合滤波器的输出参数结合时间对误差级别进行标注；c.根据误差级别标注对前向解算和后向解算的位姿信息进行加权平均，获得最终的位姿导航信息。2.如权利要求1所述的基于顺/反序的GNSS/INS组合导航解算方法，其特征在于，步骤b具体包括：若在tlast时刻，组合滤波器解算出来的当前姿态信息相对于上一次解算出来的姿态信息的变化量超过了门限值，即满足||Anglelast-△t-Anglelast||>门限值；其中，Anglelast是tl...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓填棣，苟娟，卢胜洪，张宁波，窦凡，
申请(专利权)人：成都纵横融合科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51