【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及农业机械、工程车辆等低成本组合导航设备，具体为车载低成本组合导航设备初始化方法。
技术介绍
1、组合导航设备初始化，即确定组合导航系统定位信息的初始值过程，上述定位信息包括经纬高、东北天速度和三个姿态角(横滚、俯仰、航向)。目前已有的单天线车载设备初始化方法使用gnss定位信息进行经纬高、东北天速度和初始航向角的计算，利用imu数据进行俯仰角和横滚角计算。专利公开号cn116839627a提出一种方案，该方案利用imu传感器的加速度计数据计算待初始化车辆的初始姿态角(俯仰角和横滚角)，利用gnss数据进行航向角计算。该方案的初始化过程需要对gnss数据设定各类阈值进行筛选且进行设备历史数据的校验，初始化过程中需要对车辆本身的运动状态进行判断，在车辆转向和倒车行驶状态下无法完成正确的初始化，其他行驶状态需满足各类阈值条件才能完成组合导航系统的初始化。
2、现有车载组合导航设备的初始化方案可以分为三类：
3、1.配置两个gnss天线，利用双天线侧向信息完成组合导航设备的初始化；
4、2.配置车身信号，利用冗余传感器信息辅助初始化过程；
5、3.基于单个gnss天线和imu本身信号完成设备初始化。
6、目前现有技术的缺点为：双天线和冗余传感器(里程计、磁力计等)方案会极大的增加设备成本且适配性差，单天线初始化方案如专利公开号cn116839627a所述，需要对载体的行驶条件进行限制，转向和倒车行驶过程无法完成初始化。为此，我们提出车载低成本组合导航设备初始化方法
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供车载低成本组合导航设备初始化方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：车载低成本组合导航设备初始化方法，包括如下步骤：
3、s1：初始俯仰和横滚角的计算：
4、组合导航设备可以通过imu的加速计测量值进行初始的俯仰角和横滚角计算；
5、s2：车辆运动状态筛选：
6、选用imu的陀螺仪数据进行筛选；
7、s3：gnss数据筛选：
8、对gnss信号进行筛选，满足设定的各类阈值条件则为可用信号；
9、s4：双kalman滤波处理策略：
10、本方案构建了两组kalman滤波器来解决载体在倒车情况下进行初始化对准的问题；
11、s5：滤波器更新策略优化：
12、kalman滤波利用状态参数的先验估值和观测新息实现对状态空间的更新，由系统方程和量测方程式两部分组成。
13、优选的，s1中的计算公式如下：
14、
15、式中，accx、accy和accz为加速度计对应轴的测量值。
16、优选的，利用imu的陀螺仪数据对车辆当前运动状态进行筛选，剔除转向状态的数据。
17、优选的，本方案s2中对gnss信号的筛选条件如下：
18、s2.1.判断gnss信号与当前imu信号的时间间隔是否满足设定阈值；
19、s2.2.判断gnss解算状态是否为固定解；
20、s2.3.判断gnss缓存队列的测速信息是否满足阈值；
21、如果gnss信号满足上述条件则进入初始化流程。
22、优选的，本方案s5中提出的组合导航算法状态向量设计如下：
23、
24、(2)式中状态量分别为导航坐标系(n系)下的位置误差、速度误差、姿态误差、加速度计零偏误差以及陀螺仪零偏误差，其他建模方式同样适配该策略；本方案利用gnss观测量和ins预测量作差得到的观测新息作为kalman滤波的观测向量，若当前ins历元存在gnss数据，则进行观测更新，观测方程可以表示为式(3)：
25、zk＝hkxk+ηk (3)
26、式中，zk表示观测新息向量,hk表示状态向量对应的转移矩阵,ηk表示观测新息噪声；基于滤波器的特性和更新流程，本方案提出了双重滤波器实现组合导航初始化的策略：
27、滤波器初始化设置，两组滤波器的输入差异点为初始的航向角信息；第一组滤波器输入的航向角信息为gnss信号给出的当前时刻角度值，第二组滤波器输入的航向角信息与第一组相反；
28、滤波器更新，两组滤波器在未完成初始化的情况下都会进行状态更新；
29、滤波器筛选，当滤波器运行一定时间后进行两组滤波器的筛选；当满足以下条件时即进行两组滤波器的筛选：
30、s5.1.gnss测速信息大于设定阈值；
31、s5.2.gnss解算状态应为固定解；
32、s5.3.gnss缓存队列的速度波动满足设定阈值；
33、当满足上述筛选条件后，对两组滤波器保存的位置新息向量进行对比，选取水平误差新息较小的滤波器完成初始化流程。
34、优选的，kalman滤波器的更新流程如(4)式所示：
35、
36、基于系统矩阵为稀疏矩阵、量测噪音方差阵为对角阵且非零元素均为1的特点，本方案将滤波器的协方差阵更新过程直接展开计算，采用量测更新序贯滤波处理；
37、将误差协方差阵中弱相关性的次要元素强制置零，该策略将减少滤波过程的乘法计算数，进一步减少运算量；
38、按照上述流程即可实现单天线低成本组合导航设备的初始化流程。
39、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：该种车载低成本组合导航设备初始化方法，结构设计简单合理，根据已有的单天线初始化方案无法在车辆倒车行驶的情况下完成初始化的问题，本方案利用双kalman滤波的策略可以实现倒车行驶情况的初始化；
40、已有的初始化算法基于矩阵运算实现kalman滤波的更新，本方案对滤波更新过程中的矩阵运算进行了优化，利用量测更新序贯滤波处理降低了算力需求，该方案可以拓展组合定位产品的应用范围。
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1.车载低成本组合导航设备初始化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的车载低成本组合导航设备初始化方法，其特征在于：S1中的计算公式如下：
3.根据权利要求1所述的车载低成本组合导航设备初始化方法，其特征在于：利用IMU的陀螺仪数据对车辆当前运动状态进行筛选，剔除转向状态的数据。
4.根据权利要求1所述的车载低成本组合导航设备初始化方法，其特征在于：S2中对GNSS信号的筛选条件如下：
5.根据权利要求1所述的车载低成本组合导航设备初始化方法，其特征在于：S5中提出的组合导航算法状态向量设计如下：
6.根据权利要求1所述的车载低成本组合导航设备初始化方法，其特征在于：Kalman滤波器的更新流程如(4)式所示：
【技术特征摘要】
1.车载低成本组合导航设备初始化方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的车载低成本组合导航设备初始化方法，其特征在于：s1中的计算公式如下：
3.根据权利要求1所述的车载低成本组合导航设备初始化方法，其特征在于：利用imu的陀螺仪数据对车辆当前运动状态进行筛选，剔除转向状态的数据。
4.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：杭义军，杨帅，吕印新，
申请(专利权)人：原极上海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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