一种基于GNSS和INS的组合导航方法技术

本发明专利技术提供一种基于GNSS和INS的组合导航方法，包括：通过GNSS导航模块获取载体的第一定位信息；通过INS导航模块获取载体的第二定位信息；若GNSS导航模块的GPS信号丢失，则基于最小二乘估计将校正值补偿至最优估计值，输出校正后的最优估计值作为整合导航信息；若GNSS导航模块的GPS信号正常，则输出最优估计值作为整合导航信息；通过GNSS系统和INS系统各自的优势，提高了定位精度和抗干扰能力，使得定位系统的工作环境更加广泛，受环境的影响显著降低，在GPS信号缺失时，也能根据之前保存的最优估计值与估计初值信息的差值，进行基于最小二乘估计，然后对INS惯导解算的定位信息进行校正。校正。校正。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GNSS和INS的组合导航方法


[0001]本专利技术涉及电子导航
，尤其涉及一种基于GNSS和INS的组合导航方法。

技术介绍

[0002]目前，通常通过卫星导航系统(GNSS)或通过陀螺仪、加速度计等组成的惯性导航系统(INS)获取载体的位置信息和速度信息以实现定位。
[0003]其中，卫星导航通过太空中的多颗已知空间位置和速度的卫星对用户进行导航和定位；优点在于卫星导航可以实现全球覆盖，且定位精度高没有时间积累误差；缺点在于卫星导航的数据传输信号容易受到电磁干扰或地形干扰，当载体处在在丛林、室内以及城市等区域时，系统的信号受限较大。
[0004]惯性导航系统通常由陀螺仪和加速度计等组成，优点在于该系统无需依赖外界信息，可以独立自主提供导航信息，不易受到载体所处位置外部环境的影响；该系统的抗干扰能力强，且输出的导航信息平稳；该系统的缺点在于具有时间累计误差，随着使用时间变长，输出的结果误差越大，定位精度随着使用时间逐渐降低。
[0005]根据卫星导航系统和惯性导航系统各自的特点，本专利技术基于优势互补的思想，利用卫星导航系统的高精度优势对惯性导航系统的误差进行校正，就可以实现一种抗干扰能力强，输出稳定，定位精度高的组合导航系统，此组合导航系统的导航性能优于单一导航系统，能够实现在城市、丛林、隧道、电磁干扰等复杂场景下的高精度导航定位功能，获得实时位置信息。
[0006]因此，需要一种能克服卫星导航系统(GNSS)和惯性导航系统(INS)缺点的足额和系统，实现在城市、丛林、隧道、电磁干扰等复杂场景下的高精度导航定位功能。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种基于GNSS和INS的组合导航方法，用以解决上述现有技术中的缺陷。
[0008]本专利技术提供一种基于GNSS和INS的组合导航方法，包括步骤：
[0009]通过GNSS导航模块获取载体的第一定位信息；
[0010]通过INS导航模块获取载体的第二定位信息；
[0011]对所述第二定位信息进行预处理，获取估计初值；并基于所述第一定位信息获取最优估计值；
[0012]计算所述最优估计值相对于所述估计初值的误差值；
[0013]若所述GNSS导航模块的GPS信号丢失，则对所述误差值通过最小二乘估计获取校正值，将所述校正值补偿至所述最优估计值，输出校正后的所述最优估计值作为整合导航信息；
[0014]其中，所述第一定位信息包括位置信息和速度信息；
[0015]所述第二定位信息包括位置信息、速度信息、加速度信息、角速度信息和角加速度
信息。
[0016]进一步，包括步骤：
[0017]若所述GNSS导航模块的GPS信号正常，则输出所述最优估计值作为整合导航信息。
[0018]进一步，包括步骤：
[0019]获取待测物在初始时刻东向、北向、和竖直向上方向的速度，应用公式：
[0020][0021][0022][0023]其中，a
e
、a
n
、a
u
分别为待测物在东向、北向和竖直向上方向上运动的加速度；v
e
(t0)、v
n
(t0)、v
u
(t0)分别为所述待测物在初始时刻东向、北向、和竖直向上方向的速度；v
e
(t
s
)、v
n
(t
s
)、v
u
(t
s
)分别为所述待测物在当前时刻东向、北向、和竖直向上方向的速度。
[0024]进一步，包括步骤：
[0025]基于所述第一定位信息获取所述载体的位置信息，获取所述载体在初始时刻的经度J0、纬度W0和高度H0，基于所述第二定位信息进一步估算所述载体当前时刻的位置信息。
[0026]进一步，包括步骤：
[0027]通过GNSS导航模块获取所述载体在当前时刻的经度J、纬度W和高度H；基于所述第二定位信息获取所述载体在初始时刻和当前时刻内的经度变化率jj、纬度变化率和高度变化率分别应用公式：
[0028][0029][0030][0031]其中，R
N
和R
M
分别表示卯酉圈曲率半径和地球参考椭球模型的子午圈曲率半径；
[0032][0033][0034]其中，R
e
为地球半径，e为地心偏心率。
[0035]进一步，包括步骤：
[0036]估算所述载体在当前时刻的经度J
s
、纬度W
s
和高度H
s
，应用公式：
[0037][0038][0039][0040]其中，t0表示初始时刻，t
s
表示当前时刻,J
s
为估算的经度，W
s
为估算的纬度，H
s
为估算的高度。
[0041]进一步，包括步骤：
[0042]将预处理后的所述估计初值和所述第一定位信息输入卡尔曼滤波器；通过卡尔曼滤波器获取所述最优估计值。
[0043]另一方面，本专利技术还提供一种基于GNSS和INS的组合导航系统，包括GNSS导航模块、INS导航模块、预处理模块和解算模块；
[0044]GNSS导航模块，用于获取载体的第一定位信息；
[0045]INS导航模块，用于获取所述载体的第二定位信息；
[0046]预处理模块，用于对所述第二定位信息进行预处理，获取估计初值；
[0047]解算模块，基于所述第一定位信息获取最优估计值；计算所述最优估计值相对于所述估计初值的误差值；若所述GNSS导航模块的GPS信号丢失，则对所述误差值通过最小二乘估计获取校正值，将所述校正值补偿至所述最优估计值，输出校正后的所述最优估计值作为整合导航信息；
[0048]其中，所述第一定位信息包括位置信息和速度信息；
[0049]所述第二定位信息包括位置信息、速度信息、加速度信息、角速度信息和角加速度信息。
[0050]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述基于GNSS和INS的组合导航方法的步骤。
[0051]本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于GNSS和INS的组合导航方法的步骤。
[0052]本专利技术提供的一种所述基于GNSS和INS的组合导航方法，通过GNSS系统和INS系统各自的优势，提高了定位精度和抗干扰能力，使得定位系统的工作环境更加广泛，受环境的影响显著降低，在丛林和隧道中依然有良好的导航精度；在GPS信号缺失时，根据之前保存的最优估计值与估计初值信息的差值(即惯导系统的误差)，进行基于最小二乘估计，然后对惯导解算的定位信息进行校正。与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于GNSS和INS的组合导航方法，其特征在于，包括：通过GNSS导航模块获取载体的第一定位信息；通过INS导航模块获取载体的第二定位信息；对所述第二定位信息进行预处理，获取估计初值；并基于所述第一定位信息获取最优估计值；计算所述最优估计值相对于所述估计初值的误差值；若所述GNSS导航模块的GPS信号丢失，则对所述误差值通过最小二乘估计获取校正值，将所述校正值补偿至所述最优估计值，输出校正后的所述最优估计值作为整合导航信息；若所述GNSS导航模块的GPS信号正常，则输出所述最优估计值作为整合导航信息；其中，所述第一定位信息包括位置信息和速度信息；所述第二定位信息包括位置信息、速度信息、加速度信息、角速度信息和角加速度信息。2.根据权利要求1提供的一种基于GNSS和INS的组合导航方法，其特征在于，对所述第二定位信息进行预处理获取所述估计初值，包括：获取待测物在初始时刻东向、北向、和竖直向上方向的速度，应用公式：获取待测物在初始时刻东向、北向、和竖直向上方向的速度，应用公式：获取待测物在初始时刻东向、北向、和竖直向上方向的速度，应用公式：其中，a
e
、a
n
、a
u
分别为待测物在东向、北向和竖直向上方向上运动的加速度；v
e
(t0)、ν
n
(t0)、v
u
(t0)分别为所述待测物在初始时刻东向、北向、和竖直向上方向的速度；v
e
(t
s
)、ν
n
(t
s
)、v
u
(t
s
)分别为所述待测物在当前时刻东向、北向、和竖直向上方向的速度。3.根据权利要求2提供的一种基于GNSS和INS的组合导航方法，其特征在于，对所述第二定位信息进行预处理获取所述估计初值，包括：基于所述第一定位信息获取所述载体的位置信息，获取所述载体在初始时刻的经度J0、纬度W0和高度H0，基于所述第二定位信息进一步估算所述载体当前时刻的位置信息。4.根据权利要求3提供的一种基于GNSS和INS的组合导航方法，其特征在于，对所述第二定位信息进行预处理获取所述估计初值，包括：通过GNSS导航模块获取所述载体在当前时刻的经度J、纬度W和高度H；基于所述第二定位信息获取所述载体在初始时刻和当前时刻内的经度变化率纬度变化率和高度变化率分别应用公式：分别应用公式：分别应用公式：
其中，R
N
和R
M
分别表示卯酉圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯建凡，李宁，胡冬粤，张正洋，曹海波，栾庆辉，胡修萍，吕振宇，
申请(专利权)人：湖北三江航天万峰科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：