一种基于形态学滤波的惯导载体运行轨迹修正方法技术

本发明专利技术涉及一种基于形态学滤波的惯导载体运行轨迹修正方法，包括：步骤1：在捷联惯导系统中，通过IMU获取载体的惯性数据；步骤2：获得进行异常值修正后的加速度数据；步骤3：获得采样时间内载体位移的变化量；步骤4：获得当前采样时刻的载体位置信息；步骤5：获得载体在导航坐标系上运动的轨迹信息。与现有技术相比，本发明专利技术具有等精度高、实用性好等优点。

A modified method of inertial navigation vehicle trajectory based on morphological filter

【技术实现步骤摘要】
一种基于形态学滤波的惯导载体运行轨迹修正方法
本专利技术涉及惯性导航
，尤其是涉及一种基于形态学滤波的惯导载体运行轨迹修正方法。
技术介绍
目前已有学者提出了采用惯导里程计定位方法，该方法是通过对系统行径过程中惯导数据的测量，并结合里程计的位移数据对惯导计算进行修正，实现对管道路径的定位。通过对目前惯导定位精度的分析，采用IMU惯导里程计定位存在测量精度较低的问题，对于长管道来讲其误差在m级左右，与实际测量要求还存在一定的差距，这导致在该方法实际应用中较少。由IMU惯导里程计定位原理分析可知，定位算法中测量数据误差是一个积累的过程，异常测量状态(如振动、拐弯等)下形成的异常数据也会累积，最终导致测量精度的下降。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种精度高、实用性好的基于形态学滤波的惯导载体运行轨迹修正方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于形态学滤波的惯导载体运行轨迹修正方法，所述的修正方法包括以下步骤：步骤1：在捷联惯导系统中，通过IMU获取载体的惯性数据，包括角速度数据和加速度数据；步骤2：对加速度数据进行形态学滤波处理，获得进行异常值修正后的加速度数据；步骤3：通过加速度数据获得采样时间内载体位移的变化量；步骤4：根据上一采样时刻的位置信息和采样时间内载体位移的变化量，获得当前采样时刻的载体位置信息；步骤5：根据角速度数据和修正后的加速度数据，将载体位置信息由载体系b系转换到导航坐标系n系，获得载体在导航坐标系上运动的轨迹信息。优选地，所述的步骤2具体为：步骤2-1：判断Δy(ni)＝y(ni)-y(ni-1)是否大于λ，若是，则执行步骤2-2，否则执行步骤2-3，上式中，y(ni)为当前时刻IMU的加速度采样值，y(ni-1)为前一时刻IMU的加速度采样值，λ为IMU采集的所有加速度信号中差值的最大值；步骤2-2：采用三角形结构元素，通过开-闭滤波器和闭-开滤波器的组合对加速度数据进行形态学滤波；步骤2-3：直接选取当前时刻采样值y(ni)进行后续步骤。更加优选地，其特征在于，所述的开-闭滤波器的表达式为：所述的闭-开滤波器的表达式为：所述的开-闭滤波器和闭-开滤波器为平均组合形式，其表达式为：其中，f(n)为IMU测得的加速度数据，g(m)为序列结构元素，ο为形态开运算，·为形态闭运算，y(n)为修正后的加速度数据。优选地，所述的步骤3具体为：对修正后的加速度数据进行两次积分，获得采样时间内载体位移的变化量。优选地，所述的步骤5具体为：步骤5-1：根据IMU测得的角速度数据和IMU计算得到的载体系相对惯性坐标系的角速度数据获得载体系b系相对导航坐标系n系的角速度数据步骤5-2：根据获得姿态矩阵步骤5-3：通过将载体的位置信息由载体系b系转换到导航坐标系n系，获得载体在导航坐标系上的修正后的轨迹信息。更加优选地，所述步骤5-1中角速度数据的具体计算方法为：更加优选地，所述步骤5-2的具体方法为：对进行时间的一阶积分，结合载体系b系向导航坐标系n系的转换过程，采用角增量方法得到姿态矩阵的表达式为其中，θ为俯仰角，γ为横滚角，ψ为航向角。更加优选地，所述步骤5-3具体为：步骤5-3-1：将位于载体系b系中的修正后的载体加速度数据转换到导航坐标系n系，具体方法为：其中，Ant为载体在导航坐标系下的加速度，即航迹推算过程所需的加速度值，Abt为IMU所测得的加速度数据的有用分量，具体计算方法为：Abt＝fbt-Ve+g其中，fbt为IMU的加速度输出信号，Ve为地球自转以及载体相对地球运动产生的有害加速度分量，g为重力加速度；步骤5-3-2：计算导航坐标系上当前采样时刻载体的速度Vnt和位移Xnt，获得载体在导航坐标系n系上的轨迹信息，具体计算方法为：其中，Vn0，Xn0分别为IMU在上一采样时刻采集的载体的速度和位移数据。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、精度高：本专利技术通过对加速度数据进行形态学滤波，剔除了由振动引起的较大偏差数据，使加速度波形更加平稳，精度可以提高20％以上。二、实用性好：本专利技术测量精度高，误差销，满足实际测量的需求，可以在实际测量中推广应用。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术中使用三角形结构元素进行开运算滤波的示意图；图3为本专利技术中使用三角形结构元素进行闭运算滤波的示意图；图4为模拟试验的结构示意图；图5为IMU所测得的x轴加速度曲线；图6为进行形态学滤波后的x轴加速度曲线；图7为进行形态学滤波前的载体运动轨迹曲线；图8为修正后的载体运动的轨迹曲线。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。本专利技术涉及一种基于形态学滤波的惯导载体运行轨迹修正方法，如图1所示，包括一下步骤：步骤1：在捷联惯导系统中，通过惯性测量单元IMU获取载体的惯性数据，包括角速度数据和加速度数据，在IMU中陀螺仪和加速度计沿载体系b系三个互相垂直的坐标轴方向安装，测得b系下三个方向的加速度和陀螺仪信息。步骤2：对加速度数据进行形态学滤波处理，获得进行异常值修正后的加速度数据；步骤3：对加速度数据进行两次积分，获得采样时间内载体位移的变化量；步骤4：根据上一采样时刻的位置信息和采样时间内载体位移的变化量，获得当前采样时刻的载体位置信息；步骤5：根据角速度数据和修正后的加速度数据，将载体位置信息由载体系b系转换到导航坐标系n系，获得载体在导航坐标系上运动的轨迹信息，在n系中，X轴正向规定为载体前进方向的右侧，Y轴规定为载体的前进方向，Z轴规定为垂直于载体指向上的方向。所述的步骤2具体为：步骤2-1：判断Δy(ni)＝y(ni)-y(ni-1)是否大于λ，若是，则执行步骤2-2，否则执行步骤2-3，上式中，y(ni)为当前时刻IMU的加速度采样值，y(ni-1)为前一时刻IMU的加速度采样值，λ为IMU采集的加速度信号差值的最大值；步骤2-2：采用三角形结构元素，通过开-闭滤波器和闭-开滤波器的组合对加速度数据进行形态学滤波，在形态学滤波算法中，形结构元素的选取直接决定了形态学滤波算法的效果，由于IMU惯导模组的加速度信号是一个振荡信号，其在测量过程中存在正负信号。结合加速度波形的特征，本实施例采用三角形结构元素对其进行滤波，在开运算和闭运算中将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于形态学滤波的惯导载体运行轨迹修正方法，其特征在于，所述的修正方法包括以下步骤：/n步骤1：在捷联惯导系统中，通过IMU获取载体的惯性数据，包括角速度数据和加速度数据；/n步骤2：对加速度数据进行形态学滤波处理，获得进行异常值修正后的加速度数据；/n步骤3：通过加速度数据获得采样时间内载体位移的变化量；/n步骤4：根据上一采样时刻的位置信息和采样时间内载体位移的变化量，获得当前采样时刻的载体位置信息；/n步骤5：根据角速度数据和修正后的加速度数据，将载体位置信息由载体系b系转换到导航坐标系n系，获得载体在导航坐标系上运动的轨迹信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于形态学滤波的惯导载体运行轨迹修正方法，其特征在于，所述的修正方法包括以下步骤：
步骤1：在捷联惯导系统中，通过IMU获取载体的惯性数据，包括角速度数据和加速度数据；
步骤2：对加速度数据进行形态学滤波处理，获得进行异常值修正后的加速度数据；
步骤3：通过加速度数据获得采样时间内载体位移的变化量；
步骤4：根据上一采样时刻的位置信息和采样时间内载体位移的变化量，获得当前采样时刻的载体位置信息；
步骤5：根据角速度数据和修正后的加速度数据，将载体位置信息由载体系b系转换到导航坐标系n系，获得载体在导航坐标系上运动的轨迹信息。


2.根据权利要求1所述的一种基于形态学滤波的惯导载体运行轨迹修正方法，其特征在于，所述的步骤2具体为：
步骤2-1：判断Δy(ni)＝y(ni)-y(ni-1)是否大于λ，若是，则执行步骤2-2，否则执行步骤2-3，上式中，y(ni)为当前时刻IMU的加速度采样值，y(ni-1)为前一时刻IMU的加速度采样值，λ为IMU采集的所有加速度信号中差值的最大值；
步骤2-2：采用三角形结构元素，通过开-闭滤波器和闭-开滤波器的组合对加速度数据进行形态学滤波；
步骤2-3：直接选取当前时刻采样值y(ni)进行后续步骤。


3.根据权利要求2所述的一种基于形态学滤波的惯导载体运行轨迹修正方法，其特征在于，
所述的开-闭滤波器的表达式为：
所述的闭-开滤波器的表达式为：
所述的开-闭滤波器和闭-开滤波器为平均组合形式，其表达式为：



其中，f(n)为IMU测得的加速度数据，g(m)为序列结构元素，为形态开运算，·为形态闭运算，y(n)为修正后的加速度数据。


4.根据权利要求1所述的一种基于形态学滤波的惯导载体运行轨迹修正方法，其特征在于，所述的步骤3具体为：
对修正后的加速度数据进行两次积分，获得采样时间内载体位...

【专利技术属性】
技术研发人员：何嘉玮，宋宁，王承，侯东雨，金毅，肖亮，刘畅，许印白，许萍萍，安然，宋喆，袁小慧，张斌斌，陈炯，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：上海;31