一种基于RTOS的嵌入式INS/GPS组合导航方法技术

本发明专利技术提出了一种基于RTOS的嵌入式INS/GPS组合导航方法，包括：S1：在RTOS中建立INS数据接收任务、GPS数据接收任务以及实时卡尔曼滤波解算任务，对任务参数和导航参数进行初始化；S2：将接收到PPS信号的时刻标记为基准时刻，调用GPS数据接收任务，得到GPS解算数据并发送到数据缓存区；S3：调用INS数据接收任务，得到INS解算数据并发送到数据缓存区；S4：检索数据缓存区中是否在基准时刻前后各存在一组INS解算数据，若存在，则调用实时卡尔曼滤波解算任务，结合GPS解算数据对两组INS解算数据的累积误差进行校准，否则返回S2；S5：基于卡尔曼滤波解算任务的校准结果，更新导航参数。本发明专利技术提高了INS/GPS数据融合时机的准确性，达到组合导航精准定位的目的。组合导航精准定位的目的。组合导航精准定位的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于RTOS的嵌入式INS/GPS组合导航方法


[0001]本专利技术属于组合导航
，尤其涉及一种基于RTOS的嵌入式INS/GPS组合导航方法。

技术介绍

[0002]惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS)是一种应用广泛的车辆制导和导航技术，其特点在于作为独立于外部支持的自主式导航系统，即其不依赖外部信息，也不向外界辐射能量，因此惯性导航系统具有不易受到外部环境干扰的优点，但其虽然具备可靠的短期导航精度，但导航误差会随时间积累导致长期精度差，从而不能在远距离提供高精度。现阶段的全球定位系统(Global Positioning System，GPS)依赖于卫星，由于其在无线电信号屏蔽、遮挡或受到干扰的条件下，不能确保导航系统的正常工作，由此可以借助惯性导航系统来克服自身的这一缺陷，而GPS能在较长时间内提供准确的位置和速度，具备长期导航精度，可以弥补惯性导航系统的不足。因此，将惯性导航与卫星导航系统相结合的INS/GPS组合导航系统具有重大研究意义，两者互补优劣，能够提供更加全面可靠的导航解决方案。
[0003]现有的各类INS/GPS组合导航系统在进行实时组合导航解算的过程中，存在因解算过程复杂、解算实时性差而引起的导航精度失准的问题，GPS输出定位信息的频率低，而INS采集到的数据包发送频率高，且二者各自解算数据的时长也不尽相同，因此INS和GPS定位数据的同步性势必会影响数据融合的准确性，从而影响组合导航系统的定位精度。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本专利技术提出了一种基于RTOS的嵌入式INS/GPS组合导航方法，包括：S1：在RTOS中建立INS数据接收任务、GPS数据接收任务以及实时卡尔曼滤波解算任务，对组合导航的任务参数和导航参数进行初始化；S2：将GPS系统接收到PPS信号的时刻标记为基准时刻，调用GPS数据接收任务并将信号量发送给INS数据接收任务，基于任务参数得到GPS解算数据并发送到数据缓存区；S3：根据信号量调用INS数据接收任务，基于任务参数得到INS解算数据并发送到数据缓存区；S4：检索数据缓存区中是否在基准时刻前后各存在一组INS解算数据，若存在，则基于RTOS的内部组件互斥量，调用实时卡尔曼滤波解算任务，结合GPS解算数据对基准时刻前后的两组INS解算数据的累积误差进行校准，否则返回S2；S5：基于卡尔曼滤波解算任务的校准结果，更新导航参数。
[0005]可选的，所述任务参数包括INS系统数据采集频率以及GPS数据输出频率。
[0006]可选的，所述导航参数包括运动载体的位置、速度以及姿态。
[0007]可选的，所述导航参数基于GPS系统输出的解算数据进行初始化。
[0008]可选的，所述RTOS的内部组件互斥量用于实现INS数据接收任务与实时卡尔曼滤波解算任务、GPS数据接收任务与实时卡尔曼滤波解算任务之间对数据缓存区的互斥访问。
[0009]可选的，所述结合GPS解算数据对基准时刻前后的两组INS解算数据的累积误差进行校准，包括：将GPS解算数据作为卡尔曼滤波的观测量，将两组INS解算数据作差作为卡尔曼滤波的状态变量，基于状态变量和观测量进行卡尔曼滤波解算，得到载体正确的位置、速度和姿态。
[0010]可选的，所述RTOS基于可抢占式调度策略和时间片轮转调度策略进行任务管理。
[0011]可选的，所述嵌入式INS/GPS组合导航方法还包括：在RTOS中建立LCD数据显示任务，在INS数据接收任务和实时卡尔曼滤波解算任务执行后，通过调用LCD数据显示任务将导航参数进行可视化显示。
[0012]本专利技术提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术提出的技术方案以GPS的PPS信号为时间的基准，通过实时操作系统(Real Time Operating System，RTOS)调度GPS数据接收任务，通过信号量、互斥量和事件等相关RTOS组件实现与其他任务的同步以及对内存区域的互斥访问，从而达到校正惯导累积误差的目的。实时操作系统(RTOS)的相关组件增强了各任务模块间的紧密性，提高了INS/GPS数据融合时机的准确性以及，从而提供一种可靠的组合导航定位方案，达到组合导航精准定位的目的。同时，基于RTOS建立的多任务管理方式，提高了组合导航软件的可移植性。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0014]图1为本专利技术实施例提出的一种基于RTOS的嵌入式INS/GPS组合导航方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提出的嵌入式INS/GPS组合导航系统硬件设计图；图3为本专利技术实施例提出的RTOS的软件设计图；图4为本专利技术实施例提出的一种基于RTOS的嵌入式INS/GPS组合导航系统整体工作流程图。
具体实施方式
[0015]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0016]本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0017]应当理解，在本专利技术的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序
的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本专利技术实施例的实施过程构成任何限定。
[0018]应当理解，在本专利技术中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0019]应当理解，在本专利技术中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含A、B和C”、“包含A、B、C”是指A、B、C三者都包含，“包含A、B或C”是指包含A、B、C三者之一，“包含A、B和/或C”是指包含A、B、C三者中任1个或任2个或3个。
[0020]应当理解，在本专利技术中，“与A对应的B”、“与A相对应的B”、“A与B相对应”或者“B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于RTOS的嵌入式INS/GPS组合导航方法，其特征在于，包括：S1：在RTOS中建立INS数据接收任务、GPS数据接收任务以及实时卡尔曼滤波解算任务，对组合导航的任务参数和导航参数进行初始化；S2：将GPS系统接收到PPS信号的时刻标记为基准时刻，调用GPS数据接收任务并将信号量发送给INS数据接收任务，基于任务参数得到GPS解算数据并发送到数据缓存区；S3：根据信号量调用INS数据接收任务，基于任务参数得到INS解算数据并发送到数据缓存区；S4：检索数据缓存区中是否在基准时刻前后各存在一组INS解算数据，若存在，则基于RTOS的内部组件互斥量，调用实时卡尔曼滤波解算任务，结合GPS解算数据对基准时刻前后的两组INS解算数据的累积误差进行校准，否则返回S2；S5：基于卡尔曼滤波解算任务的校准结果，更新导航参数。2.根据权利要求1所述的一种基于RTOS的嵌入式INS/GPS组合导航方法，其特征在于，所述任务参数包括INS系统数据采集频率以及GPS数据输出频率。3.根据权利要求1所述的一种基于RTOS的嵌入式INS/GPS组合导航方法，其特征在于，所述导航参数包括运动载体的位置、速度以及姿态。4.根据权利要求1所述的一种基于RTOS的嵌入式INS/GPS组合...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪忠来，于海洋，袁嘉伟，智鹏鹏，王云飞，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：