基于短基线的组合导航定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了本发明专利技术基于短基线的组合导航定位方法及装置，方法包括获取多模接收机的PPS信号，并通过RTK方式进行定位；将PPS信号中的定位信息作为INS的初值，进行INS计算，得到INS信息；将成功定位对应的PPS信号及所述INS信息通过卡尔曼滤波组合，得到最优的姿态位置信息。本发明专利技术采用短基线，基线长度仅有320mm，两个接收天线，重量仅为5kg，设备小巧，移动方便，GNSS和INS组合导航，在载体受到遮挡时可以用INS快速定位，采用了高精度的INS惯性元件，同时用卡尔曼滤波优化惯性元件的误差，并且GNSS的定位信息能够校正INS惯性元件的偏差，保证了系统的定位精度和可靠性。保证了系统的定位精度和可靠性。保证了系统的定位精度和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于短基线的组合导航定位方法及装置


[0001]本专利技术涉及惯性导航
，尤其是一种基于短基线的组合导航定位方法及装置。

技术介绍

[0002]现有的惯导系统主要为GPS/INS(GPS，Global Positioning System全球定位系统；INS，Inertial Navigation System，惯性导航系统)组合导航系统。它是一种无框架系统，由三个陀螺仪、三个加速度计和微型计算机组成，陀螺仪和加速度计直接固定连接在载体上，姿态数据通过微型计算机计算陀螺仪和加速度计的输出值得到。
[0003]如图1所示，加速度计测得沿载体坐标系三个轴的加速度，经误差补偿计算后，进行坐标变换计算，加速度与重力加速度求和并积分得到速度，加速度的双重积分得到载体的位置值。陀螺仪测得沿载体坐标系三个轴的角速度，经误差补偿计算后进行坐标系转换和姿态矩阵计算，姿态矩阵随时间的变化而不断变化，从姿态矩阵中可以确定载体的姿态角。最后得到载体的三个方向角、速度和位置信息。
[0004]由于惯性元件直接承受载体的振动、冲击及温度波动等环境条件，惯性元件的输出信息会产生严重的动态误差，这类误差难以补偿，且长期使用会累积，造成误差较大，导航系统精度降低。现有的组合导航系统为了保证定位精度高，通常会采用多个天线，且天线接收机间的基线通常大于1m，重量大于10kg，造成了设备体积大、笨重且移动不方便等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了基于短基线的组合导航定位方法及装置，用于解决现有设备体积大、移动不方便的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0007]本专利技术第一方面提供了基于短基线的组合导航定位方法，所述方法包括以下步骤：
[0008]获取多模接收机的PPS信号，并通过RTK方式进行定位；
[0009]将PPS信号中的定位信息作为INS的初值，进行INS计算，得到INS信息；
[0010]将成功定位对应的PPS信号及所述INS信息通过卡尔曼滤波组合，得到最优的姿态位置信息。
[0011]进一步地，所述多模式接收机包括前天线接收机和后天线接收机，前天线接收机将观测数据发送给后天线接收机，所述后天线接收机利用自身的观测数据和差分信息，建立载波双差方程进行相对定位。
[0012]进一步地，所述通过RTK方式进行定位的具体过程为：
[0013]设前天线接收机和后天线接收机的共视卫星有k+1颗，线性化后的载波相位双差方程为ξ＝Aη+BN+v,式中：ξ∈R
2k
是载波相位双差观测值与伪距双差观测值构成的向量，η∈
R3表示基线向量，N∈Z
k
表示载波相位双差整周模糊度向量，v∈R
2k
表示观测噪声，A∈R
2k
×3表示基线常系数矩阵，B∈R
2k
×
k
表示模糊度常系数矩阵；
[0014]对所述载波相位双差方程进行求解，若已知前天线接收机坐标为η
a
，则后天线接收机坐标η
b
的差分估计值为为为基线坐标向量。
[0015]进一步地，所述INS信息包括载体的经纬度、海拔信息以及姿态角。
[0016]进一步地，所述进行INS计算，得到INS信息的具体过程为：
[0017]基于陀螺仪输出的载体相对于惯性坐标系的角速度和得到载体坐标系相对于导航坐标系的角速度将该角速乘采样时间得到当前转动的角度矢量值，将东北天三个方向的角度矢量值进行归一化处理，得到姿态角；
[0018]将加速度计的输出值乘采样时间得到当前速度矢量值，将所述速度矢量值进行四元数变换得到载体相对于导航坐标系的速度，经坐标转换，将载体对于地理坐标系的角速度和速度进行归一化处理，将因科里奥利力引起的速度增量修正，计算出东北天三个方向的速度，将前后两次的速度积分计算得到位置增量，与前次位置相加得到当前的经纬度、海拔信息。
[0019]进一步地，所述通过卡尔曼滤波组合，得到最优的姿态位置信息的具体过程为：
[0020]将所述定位信息作为卡尔曼滤波估计系统定位信息状态，建立INS信息的卡尔曼滤波方程，得到组合导航系统的状态向量x及状态方程x(t)；
[0021]将PPS信号中的载体速度信息和位置信息作为量测，得到组合导航系统的量测方程，经离散化处理，得到观测方程；
[0022]对随机状态变量X在时刻k进行卡尔曼滤波计算，得到载体在k+1时刻位置信息的最优估计。
[0023]进一步地，所述进行卡尔曼滤波计算的具体过程为：
[0024]利用UT变换，得到一组状态采集点及对应的权值；
[0025]通过对所述状态采集点的预测值加权求和，得到系统状态的一步预测及协方差矩阵；
[0026]对一步预测值进行UT变换，产生新的状态采集点；
[0027]将所述新的状态采集点代入观测方程，得到预测的观测值，通过对所述观测值进行加权求和，得到预测的均值及协方差；
[0028]计算卡尔曼增益矩阵，更新状态和协方差，所述更新状态即载体在k+1时刻位置信息的最优估计。
[0029]进一步地，所述定位成功的判断具体为：
[0030]接收到的PPS信号中包含完整的定位信息，且天线接收机的卫星可视星数大于4颗。
[0031]本专利技术第二方面提供了基于短基线的组合导航定位装置，所述装置包括多模接收机和INS形成的组合导航系统，以及微型计算机，所述多模接收机用于获取PPS信号，所述微型计算机利用所述PPS信号通过RTK方式进行定位，并计算INS信息，将将成功定位对应的PPS信号及所述INS信息通过卡尔曼滤波组合，得到最优的姿态位置信息。
[0032]进一步地，所述多模接收机的基线长度为320毫米。
[0033]
技术实现思路
中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是专利技术所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
[0034]本专利技术采用短基线，基线长度仅有320mm，两个接收天线，重量仅为5kg，设备小巧，移动方便，GNSS和INS组合导航，在载体受到遮挡时可以用INS快速定位，采用了高精度的INS惯性元件，同时用卡尔曼滤波优化惯性元件的误差，并且GNSS的定位信息能够校正INS惯性元件的偏差，保证了系统的定位精度和可靠性。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1是现有组合惯导系统的原理示意图；
[0037]图2是本专利技术所述方法的流程示意图；
[0038]图3是本专利技术所述组合导航系统的原理示意图；
[0039]图4是本专利技术所述方法实施例的流程示意图；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于短基线的组合导航定位方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：获取多模接收机的PPS信号，并通过RTK方式进行定位；将PPS信号中的定位信息作为INS的初值，进行INS计算，得到INS信息；将成功定位对应的PPS信号及所述INS信息通过卡尔曼滤波组合，得到最优的姿态位置信息。2.根据权利要求1所述基于短基线的组合导航定位方法，其特征是，所述多模式接收机包括前天线接收机和后天线接收机，前天线接收机将观测数据发送给后天线接收机，所述后天线接收机利用自身的观测数据和差分信息，建立载波双差方程进行相对定位。3.根据权利要求2所述基于短基线的组合导航定位方法，其特征是，所述通过RTK方式进行定位的具体过程为：设前天线接收机和后天线接收机的共视卫星有k+1颗，线性化后的载波相位双差方程为ξ＝Aη+BN+v,式中：ξ∈R
2k
是载波相位双差观测值与伪距双差观测值构成的向量，η∈R3表示基线向量，N∈Z
k
表示载波相位双差整周模糊度向量，v∈R
2k
表示观测噪声，A∈R
2k
×3表示基线常系数矩阵，B∈R
2k
×
k
表示模糊度常系数矩阵；对所述载波相位双差方程进行求解，若已知前天线接收机坐标为η
a
，则后天线接收机坐标η
b
的差分估计值为为为基线坐标向量。4.根据权利要求1所述基于短基线的组合导航定位方法，其特征是，所述INS信息包括载体的经纬度、海拔信息以及姿态角。5.根据权利要求4所述基于短基线的组合导航定位方法，其特征是，所述进行INS计算，得到INS信息的具体过程为：基于陀螺仪输出的载体相对于惯性坐标系的角速度和得到载体坐标系相对于导航坐标系的角速度将该角速乘采样时间得到当前转动的角度矢量值，将东北天三个方向的角度矢量值进行归一化处理，得到姿态角；将加速度计的输出值乘采样时间得到当前速度矢量值，将所述速度矢量值进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永秀，赵宪臣，李鸿伟，李建志，李美谚，宋红艳，方瑞银，蔡学福，刘文慧，周熙军，
申请(专利权)人：山东泉清通信有限责任公司，
类型：发明
国别省市：