一种车载IMU姿态初始化方法、安装角估计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种车载IMU姿态初始化方法以及安装偏差角估计方法，应用于车载GNSS/INS组合导航设备，包括通过将车辆静止数秒采集加速度计的测量数据以得出俯仰角和横滚角，并将其分别记为GNSS/INS组合导航的初始俯仰角和初始横滚角；然后当车辆开始运动时获取IMU模块的速度增量和GNSS接收机的速度增量，并依据预积分原理计算得出航向角并记为GNSS/INS组合导航的初始航向角，以将初始航向角应用于后续的GNSS/INS精对准，实现IMU相对于车体的安装偏差角估计。通过本发明专利技术不需要考虑IMU模块的安装位置即可给出精确的车体安装偏差角。本发明专利技术还公开一种GNSS/INS组合导航设备及存储介质。质。质。

【技术实现步骤摘要】
一种车载IMU姿态初始化方法、安装角估计方法及装置


[0001]本专利技术涉及车载导航领域，尤其涉及一种车载IMU姿态初始化方法、安装偏差角估计方法、组合导航设备及存储介质。

技术介绍

[0002]在车载领域方面，自动驾驶和传统的车载移动测量系统中都需要用到GNSS(Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统)接收机+IMU(Inertial measurement unit，惯性测量单元)模块的组合来提供高精度的位置和姿态信息。同时，在卫星信号遮挡或完全失锁的情况下，也会借助其他传感器来辅助GNSS/INS组合导航定位，比如里程计。
[0003]而当IMU模块安装到车体上时，会因为安装位置或其他操作因素导致IMU坐标系与车体坐标系之间形成安装偏差角，目前，该安装偏差角主要由以下两个方面形成：
[0004]1)将IMU模块按照：“前
‑
右
‑
下”或“右
‑
前
‑
上”规则安装，但用户在安装时会因肉眼观测误差而导致引入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车载IMU姿态初始化方法，应用于车载GNSS/INS组合导航设备，所述GNSS/INS组合导航设备上安装有陀螺仪和加速度计；其特征在于，所述姿态初始化方法包括以下步骤：俯仰角与横滚角计算步骤：将车辆静止数秒并同时根据加速度计的观测数据计算得出俯仰角和横滚角，并将其分别记为GNSS/INS组合导航的初始俯仰角和初始横滚角；航向角计算步骤：当车辆开始运动时获取IMU模块的速度增量和GNSS接收机的速度增量，并根据预积分原理利用陀螺仪和加速度计的观测数据、初始俯仰角和初始横滚角计算得出航向角，并记为GNSS/INS组合导航的初始航向角；其中，IMU模块的速度增量是指两个不同时刻的IMU模块的速度差值，GNSS接收机的速度增量是指两个不同时刻的GNSS接收机的速度差值。2.根据权利要求1所述的车载IMU姿态初始化方法，其特征在于，所述初始横滚角的计算公式为：所述初始俯仰角的计算公式为：其中，θ0为俯仰角，λ0为横滚角，表示b系下x方向的加速度，表示b系下y方向的加速度，表示b系下z方向的加速度；所述初始航向角的计算公式为：其中，表示GNSS接收机的速度增量ΔV
gnss
在东北天坐标系下的水平面投影；ΔV
imu,x
，ΔV
imu,y
表示IMU模块的速度增量ΔV
imu
在IMU坐标系下水平面的投影。3.根据权利要求2所述的车载IMU姿态初始化方法，其特征在于，所述初始航向角计算步骤具体包括：首先根据所述陀螺仪和加速度计分别构建测量模型方程，具体表示如下：首先根据所述陀螺仪和加速度计分别构建测量模型方程，具体表示如下：其中，表示IMU的测量的角速度值、加速度值；a
n
表示真实的角速度值、加速度值；b
g
、b
a
分别表示陀螺仪的零偏、加速度计的零偏；η
g
、η
a
分别表示陀螺仪的噪声、加速度计的噪声；表示载体坐标系相对于导航坐标系的旋转矩阵，g
n
表示导航坐标系下的重力；b表示载体坐标系；n表示导航坐标系；然后对旋转矩阵的微分方程和IMU的速度微分方程进行积分，具体表示如下：
再选取一个时间段k∈[i,j]，对公式(3)、公式(4)进行变换得到以下公式：再选取一个时间段k∈[i,j]，对公式(3)、公式(4)进行变换得到以下公式：然后对公式(5)和公式(6)进行变换得到以下公式：然后对公式(5)和公式(6)进行变换得到以下公式：将陀螺仪的零偏、加速度计的零偏视为不变，同时将陀螺仪的噪声和加速度计的噪声设为零，则公式(8)中的：通过公式(7)更新得到；表示初始时刻下的旋转矩阵；其中，表示初始时刻下的旋转矩阵；其中，为GNSS接收机的速度增量，记为ΔV
gnss
，为IMU模块的预积分量，记为ΔV
imu
；将速度进行归平处理后由公式(8)得出初始航向角：4.一种安装偏差角估计方法，其特征在于，包括以下步骤：粗对准步骤：根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的一种车载IMU姿态初始化方法得出初始姿态；所述初始姿态包括初始俯仰角、初始横滚角和初始航向角；同时，获取GNSS接收机的初始位置和初始速度；初始化步骤：将初始位置、初始速度、初始姿态作为INS捷联算法更新的初始值；INS捷联算法更新步骤：根据上一时刻的位置、速度、姿态和当前时刻IMU模块输出的角速率和加速度得到当前时刻的位置、速度、姿态；状态方程创建步骤：根据当前时刻的位置、速度和姿态构建INS位置误差方程、INS速度误差方程、INS姿态误差方程，并根据INS位置误差方程、INS速度误差方程、INS姿态误差方程和IMU器件误差方程构建状态误差方程以及对所述状态误差方程做离散化处理；
量测方程构...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘猛奎，陈源军，潘国富，
申请(专利权)人：广州市中海达测绘仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：