一种车载惯性里程计组合导航在线标定方法技术

本发明专利技术涉及一种车载惯性/里程计组合导航在线标定方法，利用惯导系统和里程计实现里程刻度系数误差和航向安装误差的在线标定，采集和处理陀螺和加速度计数据，并完成载车怠速状态下初始粗对准和精对准；再进行纯惯导解算和航位推算，计算状态转移矩阵和量测矩阵，将得到的纯惯性位置和航位推算位置作差得到滤波观测量；在滤波时刻进行卡尔曼滤波并实时修正；经过一段时间的机动后可以完成里程刻度系数误差和航向安装误差的在线标定。本发明专利技术的方法解决了在复杂环境下，惯性/里程计组合导航系统由于里程刻度系数和航向安装误差的变化造成的定位精度降低的问题，显著提高了惯性/里程计组合导航系统的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种车载惯性里程计组合导航在线标定方法
本专利技术属于导航
，尤其是涉及一种车载惯性里程计组合导航在线标定方法。
技术介绍
惯性导航系统能够提供全方位的导航信息，并且具备完全的自主性，因此得到了广泛的应用，但惯性导航系统误差随时间不断积累。里程计是测量车辆行驶速度和路程的测量装置，具备完全自主，精度高，动态性能好，测量误差不随时间发散的优点，能够与惯性导航系统构成组合导航系统以实现优势互补，达到全自主、高精度定位导航的目的。惯性/里程计组合导航系统在实际使用过程中，需要标定里程刻度系数和里程计安装误差角，现有的标定方法通常为基于轨迹相似原理的标定方法：装订粗略的里程计的标定参数，利用惯性和里程计进行航位推算得到计算导航值，利用轨迹相似原理将该导航值和真实位置直接计算里程计的标定参数变化值，以得到准确的里程计的标定参数。然而里程刻度系数容易受到轮胎温度、充气压力以及表面磨损程度的影响，同时由于初始对准误差和惯性器件误差的存在，若里程计安装误差角为常值，则会使载体坐标系和里程计坐标系存在偏差，同样影响惯性/里程计组合导航的定位精度。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种车载惯性里程计组合导航在线标定方法。本专利技术采用的技术方案是：一种车载惯性里程计组合导航在线标定方法，利用惯导系统和里程计实现里程刻度系数误差和航向安装误差的在线标定，包括以下步骤：步骤一装订初始导航参数；步骤二采集陀螺和加速度计的输出数据，在载车怠速条件下，采用惯性系对准的方法完成系统的粗对准，随后采用卡尔曼滤波技术完成精对准；步骤三进入导航模式，对卡尔曼滤波器参数进行初始化；步骤四进行纯惯性解算，将采集里程计脉冲信号转化为位移信息，结合纯惯导解算的姿态信息进行航位推算；步骤五根据陀螺加表数据和导航信息计算状态转移矩阵和量测矩阵，将计算得到的纯惯性位置和航位推算位置作差得到滤波观测量；步骤六在滤波时刻进行卡尔曼滤波，以速度误差的状态估计结果实时修正纯惯导的速度信息；步骤七经过机动后，实现里程刻度系数误差和航向安装误差的在线标定优选地，坐标系定义如下：n：导航坐标系oxnynzn，东北天地理坐标系，x轴指东，y轴指北，z轴指天；b：载体坐标系oxbybzb，x轴指载体的右方，y轴指载体的前方，z轴指载体的上方；m：里程计理想测量坐标系oxmymzm，x轴指载车的右方，y轴指载车的前方，z轴指载车的上方。优选地，步骤四中，里程计的速度输出在m系上可以表示为：其中，vD为里程仪测得的前向速度大小，右向和天向速度均为零；假设b系与m系的同名坐标轴重合，通过惯性测量装置中的三陀螺组合可以实时计算载车的姿态矩阵，记为利用对转换可得在导航坐标系下里程仪速度输出，即：航位推算位置更新算法如下：其中，pD＝[LDλDhD]T，LD、λD和hD分别为航位推算的地理纬度、经度和高度；RMhD＝RMD+hD，RNhD＝RND+hD，RMD和RND分别为使用航位推算地理位置计算的子午圈和卯酉圈主曲率半径。优选地，步骤五中，假设从m系至b系存在小量的安装偏差角，即绕车体横轴oxm、纵轴oym及竖轴ozm分别存在俯仰δαθ、滚动δαγ和方位δαψ偏角，记偏差角矢量α＝[δαθδαγδαψ]T。其中δαγ不影响里程计的速度测量值，δαθ对里程计的速度测量值影响远远小于δαψ，里程计刻度系数误差可表示为δKD，地球自转角速率记为载体绕地球运动产生的角速率记为加速度计测量的比力记为方向余弦姿态阵记为纯惯导的位置误差和航位推算的位置分别记为p和pD，载车真实位置记为preal，纯惯导的姿态误差记为φ，纯惯导的速度误差记为δvn，纯惯导的纬度误差和经度误差分别记为δL和δλ，航位推算的纬度误差和经度误差分别记为δLD和δλD，设计如下16维惯导/里程计组合导航误差模型：其中，纯惯导的位置误差和航位推算的位置误差分别记为δp和δpD，设计量测方程矩阵为：z＝p-pD＝(preal+δp)-(preal+δpD)＝δp-δpD，HSINS/DR＝[02×302×2I2×202×302×3-I2×202×102×1]。优选地，步骤六中，卡尔曼滤波周期为1s，运用卡尔曼滤波修正纯惯性计算速度的计算方法如下：vn＝vn-δvn修正速度后需要将卡尔曼滤波速度误差估计量δvn置零。优选地，步骤七中，基于组合导航误差模型与量测模型，建立误差状态方程和量测方程，运用卡尔曼滤波器进行最优估计计算，经过机动后得到里程刻度系数误差δKD和航向安装误差δαψ，则里程刻度系数和航向安装误差补偿方法如下：KD＝KD-δKD，αψ＝αψ-δαψ。本专利技术具有的优点和积极效果是：相比于传统的基于轨迹相似原理的标定方法，除载车起始点外该方法不需要其他外部的标定点位置信息，提高了标定效率；该标定方法不需要停车，只需要进行适当的机动便可进行实时标定；相比于现有的基于卡尔曼滤波的的标定方法，该方法针对惯性/里程计组合导航系统的主要误差源，建立了16维滤波模型，更加稳定可靠，并且大大降低了导航计算机的运算负荷。附图说明图1是本专利技术一个实施例惯性/里程计组合导航在线标定的原理框图；图2是本专利技术一个实施例惯性/里程计组合导航在线标定的总体流程图；图3是本专利技术一个实施例载体运动轨迹仿真图；图4是本专利技术一个实施例里程系数误差估计曲线；图5是本专利技术一个实施例航向安装误差估计曲线；图6是本专利技术一个实施例航位推算水平定位误差曲线；图7是本专利技术一个实施例在线自标定水平定位误差曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的一个实施例做出说明。本专利技术提出一种工程适用的车载惯性/里程计组合导航在线标定方法，实现里程刻度系数和里程计安装误差的在线标定；解决目前在使用过程中里程刻度系数和里程计安装误差发生变化而影响定位精度的问题。如图1图2所示，本专利技术是一种车载惯性/里程计组合导航在线标定方法，利用惯导系统和里程计实现里程刻度系数误差和航向安装误差的在线标定，该在线标定方法包括以下步骤：步骤0：将惯组和里程计通过过渡板安装到载车上，系统上电启动；步骤1：装订初始参数，包括初始的经度、纬度、高度、里程计刻度系数、里程计安装误差角初值至导航计算机；步骤2：采集陀螺和加速度计的输出数据，对采集到的陀螺和加速度计数据进行处理，在载车怠速条件下，采用惯性系对准的方法完成系统的粗对准，以确定载体的姿态角的粗略值，粗对准时间为2分钟，随后采用卡尔曼滤波技术完成精对准，精对准时间为3分钟；步骤3：对准模式完成后进入惯性/里程组合导航模式，对卡尔曼滤波器参数进行初始化；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车载惯性里程计组合导航在线标定方法，其特征在于：利用惯导系统和里程计实现里程刻度系数误差和航向安装误差的在线标定，包括以下步骤：/n步骤一装订初始导航参数；/n步骤二采集陀螺和加速度计的输出数据，在载车怠速条件下，采用惯性系对准的方法完成系统的粗对准，随后采用卡尔曼滤波技术完成精对准；/n步骤三进入导航模式，对卡尔曼滤波器参数进行初始化；/n步骤四进行纯惯性解算，将采集里程计脉冲信号转化为位移信息，结合纯惯导解算的姿态信息进行航位推算；/n步骤五根据陀螺加表数据和导航信息计算状态转移矩阵和量测矩阵，将计算得到的纯惯性位置和航位推算位置作差得到滤波观测量；/n步骤六在滤波时刻进行卡尔曼滤波，以速度误差的状态估计结果实时修正纯惯导的速度信息；/n步骤七经过机动后，实现里程刻度系数误差和航向安装误差的在线标定。/n

【技术特征摘要】
1.一种车载惯性里程计组合导航在线标定方法，其特征在于：利用惯导系统和里程计实现里程刻度系数误差和航向安装误差的在线标定，包括以下步骤：
步骤一装订初始导航参数；
步骤二采集陀螺和加速度计的输出数据，在载车怠速条件下，采用惯性系对准的方法完成系统的粗对准，随后采用卡尔曼滤波技术完成精对准；
步骤三进入导航模式，对卡尔曼滤波器参数进行初始化；
步骤四进行纯惯性解算，将采集里程计脉冲信号转化为位移信息，结合纯惯导解算的姿态信息进行航位推算；
步骤五根据陀螺加表数据和导航信息计算状态转移矩阵和量测矩阵，将计算得到的纯惯性位置和航位推算位置作差得到滤波观测量；
步骤六在滤波时刻进行卡尔曼滤波，以速度误差的状态估计结果实时修正纯惯导的速度信息；
步骤七经过机动后，实现里程刻度系数误差和航向安装误差的在线标定。


2.根据权利要求1所述的车载惯性里程计组合导航在线标定方法，其特征在于：坐标系定义如下：
n：导航坐标系oxnynzn，东北天地理坐标系，x轴指东，y轴指北，z轴指天；
b：载体坐标系oxbybzb，x轴指载体的右方，y轴指载体的前方，z轴指载体的上方；
m：里程计理想测量坐标系oxmymzm，x轴指载车的右方，y轴指载车的前方，z轴指载车的上方。


3.根据权利要求2所述的车载惯性里程计组合导航在线标定方法，其特征在于：所述步骤四中，里程计的速度输出在m系上可以表示为：



其中，vD为里程仪测得的前向速度大小，右向和天向速度均为零；
假设b系与m系的同名坐标轴重合，通过惯性测量装置中的三陀螺组合可以实时计算载车的姿态矩阵，记为利用对转换可得在导航坐标系下里程仪速度输出，即：



航位推算位置更新算法如下：



其中，pD＝[LDλDhD]T，LD、λD和hD分别为航位推算的地理纬度、经度和高度；
RMhD＝RMD+hD，RNhD＝RND+hD，RMD和RND分别为使用航位推算地理位置计算的子午圈和卯酉圈主曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨功碧，张江源，孙艺丁，
申请(专利权)人：厦门华源嘉航科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35