一种惯性/里程计组合导航误差补偿方法技术

本发明专利技术提供了一种惯性/里程计组合导航误差补偿方法，所述方法包括：建立惯性/里程计组合导航的状态方程；获取车厢与放置里程计的转向架之间的安装误差角；利用车厢与放置里程计的转向架之间的安装误差角对里程计速度进行补偿，得到补偿后的里程计速度，并以惯导系统速度与补偿后的里程计速度的差值作为惯性/里程计组合导航的观测量；根据惯性/里程计组合导航的观测量建立惯性/里程计组合导航的观测方程；根据状态方程和观测方程进行卡尔曼滤波，以实现惯导系统各项误差的准确估计；根据惯导系统估计的误差对惯性/里程计组合导航进行补偿。本发明专利技术能够解决现有的惯性/里程计组合导航的位置或姿态等测量精度较低的技术问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种惯性/里程计组合导航误差补偿方法


[0001]本专利技术涉及惯性/里程计组合导航
，尤其涉及一种惯性/里程计组合导航误差补偿方法。

技术介绍

[0002]随着我国铁路建设的不断发展，既有线路的改建、扩建以及新建项目越来越多，线路测绘在工程建设中起着决定性的作用，它直接影响到工程的质量、成本及工期。惯性导航系统可以连续提供高精度的位置、速度、姿态等信息，但是惯导系统误差随时间累积，对于长时间的工程测量需要借助里程计、卫星定位等辅助信息抑制惯导系统的误差增长。
[0003]里程计安装轨道检测系统的车轮上，通过测量车轮转速获取试验过程中的行驶速度，能够较为准确的反映测量过程中检测系统的运动、停止等各种状态。并且里程计测速不依赖外界信息，即使在隧道、丛林等卫星信号遮挡严重的区域，里程计也能够提供准确的测速信息。
[0004]惯性/里程计组合导航以里程计的高精度速度信息抑制惯导系统的误差累积，是现阶段轨道检测系统一种常用测量方式。惯性/里程计组合导航根据系统的物理模型及传感器的噪声统计特性，将量测数据映射到状态空间，根据轨道检测系统的运动规律建立系统状态方程和量测方程，通过卡尔曼滤波估计算法获得系统状态变量的最优估计。具体地，用里程计的测量速度与惯导速度的差值作为卡尔曼滤波观测量，通过卡尔曼滤波算法实现对惯导系统各项误差的准确估计。
[0005]但是，对于高速轨道检测车，受安装位置的约束，惯性导航系统通常安装在列车车厢内，而里程计安装在车底某一个转向架的车轮上，当检测车在转弯过程中，车厢和转向架之间会产生相对角度变化，导致惯性/里程计组合导航的位置或姿态等测量精度较低。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种惯性/里程计组合导航误差补偿方法，能够解决现有的惯性/里程计组合导航的位置或姿态等测量精度较低的技术问题。
[0007]根据本专利技术的一方面，提供了一种惯性/里程计组合导航误差补偿方法，所述方法包括：
[0008]建立惯性/里程计组合导航的状态方程；
[0009]获取车厢与放置里程计的转向架之间的安装误差角；
[0010]利用车厢与放置里程计的转向架之间的安装误差角对里程计速度进行补偿，得到补偿后的里程计速度，并以惯导系统速度与补偿后的里程计速度的差值作为惯性/里程计组合导航的观测量；
[0011]根据惯性/里程计组合导航的观测量建立惯性/里程计组合导航的观测方程；
[0012]根据状态方程和观测方程进行卡尔曼滤波，以实现惯导系统各项误差的准确估计；
[0013]根据惯导系统估计的误差对惯性/里程计组合导航进行补偿。
[0014]优选的，通过下式获取车厢与放置里程计的转向架之间的安装误差角：
[0015][0016]其中，
[0017]式中，α为车厢与放置里程计的转向架之间的安装误差角，d为两个转向架之间的距离，R为轨道转弯半径，为里程计测量得到的载体坐标系速度，为惯导系统是载体坐标系Y轴陀螺角速率。
[0018]优选的，通过下式得到惯性/里程计组合导航的观测量：
[0019][0020]式中，Z
k
为k时刻的观测量，分别为惯导系统解算得到的载体坐标系X轴、Y轴、Z轴速度。
[0021]优选的，通过下式建立惯性/里程计组合导航的观测方程：
[0022]Z
k
＝H
k
X
k
+V
k
；
[0023]式中，H
k
为k时刻状态变量对应的观测矩阵，X
k
为k时刻的状态变量，V
k
为观测量噪声。
[0024]优选的，通过下式得到k时刻状态变量对应的观测矩阵：
[0025][0026]式中，为姿态转换矩阵中第i行第j列对应的元素，其中，i＝1,2,3，j＝1,2,3。
[0027]优选的，建立惯性/里程计组合导航的状态方程包括：
[0028]以北向速度误差、天向速度误差、东向速度误差、纬度误差、高度误差、经度误差、北向失准角、天向失准角、东向失准角、三轴陀螺漂移和三轴加速度计零位作为惯性/里程计组合导航的状态变量；
[0029]根据惯性/里程计组合导航的状态变量建立惯性/里程计组合导航的连续状态方程；
[0030]对惯性/里程计组合导航的连续状态方程进行离散化，得到惯性/里程计组合导航的状态方程。
[0031]优选的，通过下式得到惯性/里程计组合导航的状态变量：
[0032][0033]式中，X为惯性/里程计组合导航的状态变量，δV
N
为北向速度误差，δV
U
为天向速度
误差，δV
E
为东向速度误差，为纬度误差，δh为高度误差，δλ为经度误差，φ
N
为北向失准角，φ
U
为天向失准角，φ
E
为东向失准角，分别为X、Y、Z轴陀螺漂移，分别为X、Y、Z轴加速度计零位。
[0034]优选的，通过下式建立惯性/里程计组合导航的连续状态方程：
[0035][0036]式中，X(t)为t时刻的状态变量，F(t)为t时刻状态变量对应的连续状态方程状态转移矩阵，w(t)为t时刻的系统随机噪声向量。
[0037]优选的，通过下式得到惯性/里程计组合导航的状态方程：
[0038]X
k
＝Φ
k,k
‑1X
k
‑1+Γ
k
‑1W
k
‑1；
[0039]其中，
[0040]式中，X
k
为k时刻的状态变量，X
k
‑1为k
‑
1时刻的状态变量，Φ
k,k
‑1为k
‑
1时刻到k时刻的系统一步状态转移矩阵，T为滤波周期，T
n
为离散周期，F
i
是系统矩阵，I为单位矩阵，Γ
k
‑1为系统的噪声驱动矩阵，W
k
‑1为k
‑
1时刻的系统激励噪声序列。
[0041]根据本专利技术的又一方面，提供了一种计算机设备，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计算机程序时实现上述任一所述方法。
[0042]应用本专利技术的技术方案，根据车辆转弯过程中车厢与放置里程计的转向架之间的相对位置关系，得到车厢与放置里程计的转向架之间的安装误差角，以对里程计速度进行补偿，得到补偿后的里程计速度，将惯导系统速度与补偿后的里程计速度的差值作为惯性/里程计组合导航的观测量进行卡尔曼滤波计算，实现惯导系统各项误差的准确估计。本专利技术的方法通过对里程计速度的补偿，提高了惯性/里程计组合导航的位置或姿态等测量精度，进而提高了轨道几何参数的检测精度，可用于轨道检测应用领域，特别是高速轨道检测车用惯性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种惯性/里程计组合导航误差补偿方法，其特征在于，所述方法包括：建立惯性/里程计组合导航的状态方程；获取车厢与放置里程计的转向架之间的安装误差角；利用车厢与放置里程计的转向架之间的安装误差角对里程计速度进行补偿，得到补偿后的里程计速度，并以惯导系统速度与补偿后的里程计速度的差值作为惯性/里程计组合导航的观测量；根据惯性/里程计组合导航的观测量建立惯性/里程计组合导航的观测方程；根据状态方程和观测方程进行卡尔曼滤波，以实现惯导系统各项误差的准确估计；根据惯导系统估计的误差对惯性/里程计组合导航进行补偿。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过下式获取车厢与放置里程计的转向架之间的安装误差角：其中，式中，α为车厢与放置里程计的转向架之间的安装误差角，d为两个转向架之间的距离，R为轨道转弯半径，为里程计测量得到的载体坐标系速度，为惯导系统是载体坐标系Y轴陀螺角速率。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过下式得到惯性/里程计组合导航的观测量：式中，Z
k
为k时刻的观测量，分别为惯导系统解算得到的载体坐标系X轴、Y轴、Z轴速度。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，通过下式建立惯性/里程计组合导航的观测方程：Z
k
＝H
k
X
k
+V
k
；式中，H
k
为k时刻状态变量对应的观测矩阵，X
k
为k时刻的状态变量，V
k
为观测量噪声。5.根据权利要求2
‑
4中任一项所述的方法，其特征在于，通过下式得到k时刻状态变量对应的观测矩阵：式中，为姿态转换矩阵中第i行第j列对应的元素，其中，i＝1,2,3，j＝1,2,3。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立惯性/里程计组合导航的状态方程包
括：以北向速度误差、天向速度误差、东向速度误差、纬度误差、高度误差、经度误差、北向失准角、天向失准角、东向失准角、三轴陀螺漂移和三轴加速度计零位作为惯性/里程计组合导航的状态变量；根据惯性/里程...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓继权，郭玉胜，邹思远，刘冲，刘洋，徐超，周亚男，
申请(专利权)人：北京自动化控制设备研究所，
类型：发明
国别省市：