车载SINS/GPS组合导航系统性能增强方法技术方案

车载ＳＩＮＳ／ＧＰＳ组合导航系统性能增强方法。本发明专利技术涉及导航技术领域，它解决了现有车载ＳＩＮＳ／ＧＰＳ组合导航系统所存在的ＧＰＳ暂时失效时系统精度低与可靠性差的问题，步骤如下：首先判断ＧＰＳ是否有效；有效，利用ＧＰＳ提供的位置、速度信息与ＳＩＮＳ的位置、速度信息之差作为观测量，通过卡尔曼滤波方法估计ＳＩＮＳ的误差，校正；无效，判断是否停车；停车，利用零速校正辅助ＳＩＮＳ，校正；行进，利用ＳＩＮＳ的姿态角计算导航坐标系至车体坐标系的坐标变换矩阵Ｃ↓［ｎ］↑［ｂ］，利用Ｃ↓［ｎ］↑［ｂ］将导航坐标系下的速度转换为车体坐标系下的速度，利用速度约束构造车辆运动约束量测方程；根据车辆运动情况简化该方程；利用车辆运动约束辅助ＳＩＮＳ，将ＳＩＮＳ与车辆运动约束进行速度组合，校正。它用于提高车载ＳＩＮＳ／ＧＰＳ组合导航系统的精度与可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及导航
，具体涉及一种车载SINS/GPS组合导航系统性能增强方法。
技术介绍
捷联惯性导航系统(SINS，Strapdown Inertial Navigation System)，简称惯导，是一种完全自主的导航系统，它可以连续提供载体的位置、速度、方位和姿态等多种导航参数信息，能跟踪载体的快速机动运动，短时间内稳定性好。但惯导的误差随时间而累积，不能单独长时间工作，必须不断加以校准。 全球定位系统(GPS，Global Positioning System)是当前应用最为广泛的卫星导航定位系统，其定位和测速精度高，且长时间工作稳定性好，使用方便，成本低廉。 但GPS在许多特殊环境下(如城市环境、林荫道、隧道、立交桥下等区域)，常常存在多路径效应干扰、GPS卫星信号被遮挡或失锁的问题，可见卫星会少于4颗，GPS接收机无法定位或者定位精度很差，无法用于导航。 将多种导航系统组合形成组合导航系统是导航技术发展的一种必然趋势。目前应用较为广泛的是由GPS和SINS构成的组合导航系统，利用卡尔曼滤波技术进行导航信息估计，SINS/GPS组合导航系统能够充分发挥这两个系统的优点。 但是SINS/GPS组合导航系统长时间运行的精度仍然更多地依赖于GPS，当GPS受到干扰导致精度下降或GPS卫星信号不能覆盖时，由于SINS误差随时间积累且得不到校正，系统精度将会迅速降低。在GPS不可用时，利用其它方式得到的车辆导航信息辅助SINS是提高车载SINS/GPS运行精度的有效方法。如增加里程计，通过里程计的速度测量辅助SINS；或增加磁罗盘，利用磁罗盘的角度信息辅助SINS，但这些方法需要增加里程计或磁罗盘等硬件，需对原有SINS/GPS系统进行较大改动。地图匹配和零速校正只需通过改变原有SINS/GPS系统的软件模块，即可以用来辅助SINS提高车辆定位精度。但地图匹配需要高精度的道路电子地图，零速校正只在停车时才可用。车辆运动约束是车辆在路面上行驶时的固有约束，由于其不是完整性约束，无法单独使用，故多与里程计组合使用辅助SINS系统。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有车载SINS/GPS组合导航系统所存在的GPS暂时失效时系统精度低与可靠性差的问题，而提出了一种车载SINS/GPS组合导航系统性能增强方法。 本专利技术的步骤如下 步骤一判断GPS是否有效；是，则进入步骤二，否，则进入步骤三； 步骤二利用GPS提供的位置、速度信息与SINS的位置、速度信息之差作为观测量，通过卡尔曼滤波方法估计SINS的误差，对SINS的位置、速度和姿态角进行反馈校正，由SINS向用户输出导航信息； 步骤三判断是否停车；是，则进入步骤四，否，则进入步骤五； 步骤四利用零速校正辅助SINS，通过卡尔曼滤波方法估计SINS的误差，对SINS的速度和姿态角进行反馈校正，由SINS向用户输出导航信息； 步骤五利用SINS的姿态角计算导航坐标系OXnYnZn至车体坐标系OXbYbZb的坐标变换矩阵 ，利用 将导航坐标系OXnYnZn下的速度转换为车体坐标系OXbYbZb的速度，利用速度约束构造车辆运动约束量测方程； 步骤六根据车辆运动情况简化步骤五中车辆运动约束量测方程； 步骤七利用车辆运动约束辅助SINS，将SINS与车辆运动约束进行速度组合，经卡尔曼滤波方法估计SINS误差，对SINS的速度和姿态角进行反馈校正，由SINS向用户输出导航信息。 本专利技术可用于提高车载SINS/GPS组合导航系统的精度与可靠性，特别适用于车载SINS/GPS组合导航系统因GPS信号被遮挡等原因导致GPS暂时失效的情况。本专利技术与现有技术相比的优点在于利用零速约束和车辆运动约束辅助车载SINS/GPS组合导航系统，无需任何外部输入，也无需增加任何额外传感器，仅通过对原有SINS/GPS系统增加相应软件模块即可实现，所以该方法可以在不增加原有SINS/GPS系统硬件成本情况下，提高原有SINS/GPS组合导航系统在GPS无效时的定位精度，是一种简单可行的方法。 附图说明 图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术的二维情况下的车辆运动约束示意图，图中的坐标N表示北方，坐标E表示东方；图3为SINS/GPS组合导航系统未采用和采用性能增强方法的经度位置误差对比曲线；图4为SINS/GPS组合导航系统未采用和采用性能增强方法的纬度位置误差对比曲线；图3和图4中的—为SINS/GPS组合导航系统未采用性能增强方法的位置误差曲线，—为SINS/GPS组合导航系统采用性能增强方法的位置误差曲线。 具体实施例方式具体实施方式一结合图1说明本实施方式，本实施方式步骤如下 步骤一判断GPS是否有效；是，则进入步骤二，否，则进入步骤三； 步骤二利用GPS提供的位置、速度信息与SINS的位置、速度信息之差作为观测量，通过卡尔曼滤波方法估计SINS的误差，对SINS的位置、速度和姿态角进行反馈校正，由SINS向用户输出导航信息； 步骤三判断是否停车；是，则进入步骤四，否，则进入步骤五； 步骤四利用零速校正辅助SINS，通过卡尔曼滤波方法估计SINS的误差，对SINS的速度和姿态角进行反馈校正，由SINS向用户输出导航信息； 步骤五利用SINS的姿态角计算导航坐标系OXnYnZn至车体坐标系OXbYbZb的坐标变换矩阵 利用 将导航坐标系OXnYnzn下的速度转换为车体坐标系OXbYbZb的速度，利用速度约束构造车辆运动约束量测方程； 步骤六根据车辆运动情况简化步骤五中车辆运动约束量测方程； 步骤七利用车辆运动约束辅助SINS，将SINS与车辆运动约束进行速度组合，经卡尔曼滤波方法估计SINS误差，对SINS的速度和姿态角进行反馈校正，由SINS向用户输出导航信息。具体实施方式二本实施方式与具体实施方式一的不同点在于步骤二为GPS有效时的导航过程； 首先，建立SINS/GPS组合导航的数学模型，包括系统方程和量测方程。 系统方程为忽略高度通道的SINS误差方程，如式(1)所示 X1为系统方程状态矢量， 其中 和 为东向、北向和天向平台失准角，δVE和δVN为东向和北向速度误差，δφ和δλ为纬度和经度误差，εE、εN和εU为东向、北向和天向陀螺随机常值漂移， 和 为东向和北向加速度计零偏分量。F1为系统转移矩阵，w1为系统噪声矢量。 利用SINS系统给出的位置和速度信息与GPS系统相应的量测信息之差作为观测量，将观测误差归入观测噪声，可得量测方程为 Z1(t)＝H1(t)X1(t)+v1(t) (2) 式中，Z1为观测矢量，z1＝T，其总φ表示纬度、λ表示经度、VE表示东向速度、VN表示北向速度，下标SINS、GPS分别表示是惯导和GPS的测量值。H1为观测矩阵，v(t)为系统观测噪声。 观测矩阵H1具体如下 上式中I表示单位阵。 其次，进行卡尔曼滤波编排，对于SINS/GPS组合导航系统，线性化和离散化后系统数学模型如下 式中，Xk为系统状态向本文档来自技高网...

【技术保护点】
车载ＳＩＮＳ／ＧＰＳ组合导航系统性能增强方法，其特征在于它的步骤如下：　步骤一：判断ＧＰＳ是否有效；是，则进入步骤二，否，则进入步骤三；　步骤二：利用ＧＰＳ提供的位置、速度信息与ＳＩＮＳ的位置、速度信息之差作为观测量，通过卡尔曼 滤波方法估计ＳＩＮＳ的误差，对ＳＩＮＳ的位置、速度和姿态角进行反馈校正，由ＳＩＮＳ向用户输出导航信息；　步骤三：判断是否停车；是，则进入步骤四，否，则进入步骤五；　步骤四：利用零速校正辅助ＳＩＮＳ，通过卡尔曼滤波方法估计ＳＩＮＳ 的误差，对ＳＩＮＳ的速度和姿态角进行反馈校正，由ＳＩＮＳ向用户输出导航信息；　步骤五：利用ＳＩＮＳ的姿态角计算导航坐标系ＯＸｎＹｎＺｎ至车体坐标系ＯＸｂＹｂＺｂ的坐标变换矩阵利用将导航坐标系ＯＸｎＹｎＺｎ下的速度转换为车体坐标系ＯＸｂ ＹｂＺｂ的速度，利用速度约束构造车辆运动约束量测方程；　步骤六：根据车辆运动情况简化步骤五中车辆运动约束量测方程；　步骤七：利用车辆运动约束辅助ＳＩＮＳ，将ＳＩＮＳ与车辆运动约束进行速度组合，经卡尔曼滤波方法估计ＳＩＮＳ误差，对 ＳＩＮＳ的速度和姿态角进行反馈校正，由ＳＩＮＳ向用户输出导航信息。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：崔祜涛，崔平远，徐敏强，徐田来，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]