專利名稱：單軸陀螺儀和單軸加速度計的車載組合導航系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種組合導航系統(tǒng)及方法，尤其是一種基于單軸陀螺儀和加速度計的車載組合導航系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
車載導航儀已經(jīng)成為普通汽車的重要組成部分。隨著汽車銷量的不斷上升，對車載導航系統(tǒng)的需求日益增加，現(xiàn)有的車載導航儀一般帶有全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)接收機來實現(xiàn)，國內(nèi)可捕獲并利用的衛(wèi)星信號有GPS，北斗二代，GL0NASS等。目前在一般環(huán)境中，GNSS的定位精度已經(jīng)達到3m以內(nèi)，完全滿足車載導航的要求。但是，GNSS信號容易受環(huán)境的干擾，在城市峽谷或立交橋下GNSS接收機定位偏差很大；在隧道中，GNSS接收機甚至無法提供定位結(jié)果。GNSS導航系統(tǒng)精度并不隨時間的推移而誤差增大，但是其容易受環(huán)境干擾，自主導航能力較差；DR導航系統(tǒng)受環(huán)境約束不大，自主導航能力較強，但是其隨著時間的推移， 誤差會不斷積累。GNSS/DR組合導航系統(tǒng)實際上是兩種導航系統(tǒng)的相互補償。目前現(xiàn)有的技術(shù)一般采用里程計加陀螺儀作為DR模塊的慣性傳感器，將里程計、陀螺儀和GNSS系統(tǒng)的定位輸出作為測量值，利用擴展卡爾曼濾波器融合數(shù)據(jù)。專利CN1908587A提出的“GPS/ DR車載組合定位系統(tǒng)及定位方法”，正是基于里程計和陀螺儀作為DR模塊的慣性傳感器的 GPS/DR組合導航系統(tǒng)。這種方法，車載前裝比較容易實現(xiàn)，但是車載后裝因為里程計信號不易獲得的緣故而難以實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種前后裝都可以實現(xiàn)的單軸陀螺儀和單軸加速度計的車載組合導航系統(tǒng)及方法。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，在復雜環(huán)境中，能提高定位精度；在隧道等無衛(wèi)星信號的地方，能提供持續(xù)的定位信息。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種單軸陀螺儀和單軸加速度計的車載組合導航系統(tǒng)，包括GNSS模塊，單軸陀螺儀、單軸加速度計、DR模塊、邏輯控制模塊、卡爾曼濾波器；所述GNSS模塊輸出包含位置、速度和航向的定位信息，GNSS模塊定位設(shè)定時間以上并且檢測到載體運動速度大于設(shè)定值之后，則GNSS的位置信息初始化DR模塊，包括初始化DR模塊的初始位置和初始速度；所述單軸陀螺儀指示載體的航向，航向的變化表示為 (Pn=(Pn-X+(0-dt，式中％為當前時刻的航向角上一時刻的航向角，ω為單軸陀螺儀測量出的角速度，dt為采樣時間間隔，陀螺儀的采樣點與GNSS模塊定位輸出要求時間同步， 內(nèi)部機制依賴秒脈沖PPS來實現(xiàn)時間同步；所述單軸加速度計指示載體的線加速度a，載體的速度表示為Vn = Vn_i+a · dt, Vn表示當前時刻載體的運動速度，Vlri表示上一時刻載體的運動速度，dt為采樣時間間隔；加速度計的采樣點與GNSS模塊定位輸出要求時間同步，內(nèi)部機制依賴秒脈沖PPS而實現(xiàn)時間同步；經(jīng)過GNSS模塊的后端導航解算方法輸出GNSS模塊定位結(jié)果；DR模塊得到GNSS模塊給出的定位初始化信息之后，由單軸陀螺儀和單軸加速度計的測量值來推算，得到DR模塊的定位信息；所述邏輯控制模塊用來控制GNSS模塊與 DR模塊的邏輯關(guān)系；所述卡爾曼濾波器融合GNSS模塊和DR模塊的定位信息，分配兩個系統(tǒng)的定位權(quán)值，得到定位結(jié)果；同時估計陀螺儀和加速度計的偏差，反饋給傳感器。所述GNSS模塊定位的設(shè)定時間是2分鐘，載體運動速度的設(shè)定值是3m/s。一種單軸陀螺儀單軸加速度計的車載GNSS/DR組合導航方法，包括以下步驟DGNSS模塊接收GNSS衛(wèi)星信號，直至定位有效且有效的輸出定位結(jié)果；2) GNSS模塊定位之后，輸出準確的秒脈沖PPS，根據(jù)PPS來同步GNSS和DR模塊的定位結(jié)果；在前后兩個PPS之間，連續(xù)采樣50個點，認為單軸加速度計直接指示載體的線速度變化率；單軸陀螺儀指示載體的航向變化率；3)單軸陀螺儀和單軸加速度計傳感器經(jīng)采樣得到的航向變化率ω、線速度變化率a，ω和a作為DR模塊的輸入，得到DR模塊輸出的定位信息； 4)邏輯控制模塊根據(jù)GNSS模塊和DR模塊的工作狀況，向卡爾曼濾波器輸入GNSS 模塊和DR模塊的定位有效性，協(xié)助卡爾曼濾波器正常工作；5)卡爾曼濾波器工作頻率與GNSS模塊工作頻率相同，根據(jù)GNSS模塊和DR模塊的定位精度，選擇權(quán)重并分配給兩個系統(tǒng)，從而得到優(yōu)化的定位結(jié)果。4、如權(quán)利要求2所述的單軸陀螺儀單軸加速度計的車載GNSS/DR組合導航方法， 其特征是，步驟二所述采樣的時間間隔為10-20ms。所述的DR模塊a、計算載體航向在采樣時間間隔內(nèi)的變化爐 =%_! +ω-dt ;b、計算載體速度在采樣時間間隔內(nèi)的變化Vn = Vn_!+a · dt ；C、計算載體在采樣時間間隔內(nèi)的位移Sn =· dt ；d、計算載體在采樣時間間隔內(nèi)東向位移X =X +ν^- - ^φ);e、計算載體在采樣時間間隔內(nèi)北向位移X = S:+V —rdi.cOS0p);每采樣一次，DR模塊從a e運算一次；其中，％為當前時刻的航向角為上一時刻的航向角，ω為單軸陀螺儀測量出的角速度，dt為采樣時間間隔，Vn表示當前時刻載體的運動速度，Vlri表示上一時刻載體的運動速度，a為單軸加速度計測量出的載體加速度， Sn為當前時刻載體的位移，Slri為上一時刻載體的位移，X為當前時刻載體的東向位移，I 為上一時刻載體的東向位移，式中X為當前時刻載體的北向位移為上一時刻載體的北向位移。根據(jù)GNSS模塊和DR模塊不同的工作狀態(tài)，協(xié)調(diào)兩個模塊的定位信息融合I) GNSS模塊定位無效、DR模塊定位無效時，GNSS模塊搜索衛(wèi)星信號，直到GNSS模塊定位有效且輸出有效定位信息為止；2) GNSS模塊定位有效、DR模塊定位無效時，若滿足GNSS模塊持續(xù)定位超過設(shè)定時間，且檢測到載體運送速度大于設(shè)定值，則GNSS模塊初始化DR模塊定位信息，使DR模塊也能實現(xiàn)定位功能；若兩個條件中的有一個條件沒有滿足要求，則GNSS模塊不能初始化DR模塊定位信息；3) GNSS模塊定位有效、DR模塊定位有效時，則將兩個模塊的定位信息和定位精度作為輸入給卡爾曼濾波器，從而得到優(yōu)化的定位結(jié)果；4) GNSS模塊定位無效、DR模塊定位有效時，GNSS模塊的定位信息不再輸入卡爾曼濾波器，而DR模塊的定位信息仍然最為卡爾曼濾波器的輸入，并保持定位。根據(jù)邏輯控制單元的輸入，分配兩個模塊的權(quán)重，得到優(yōu)化的定位信息；并且與 DR模塊的定位信息比較，得到單軸陀螺儀和單軸加速度計傳感器的偏差，并且將偏差反饋給傳感器，從而提高DR模塊的精度，在GNSS模塊定位無效且DR模塊定位有效的情況下，延長DR模塊的定位能力。本發(fā)明的優(yōu)點是I)單軸陀螺儀單軸加速度計所構(gòu)建的DR定位方式結(jié)構(gòu)簡單，成本降低，在車載里程計信號無法引出的情況下，也能實現(xiàn)DR定位功能，不僅在車載前裝方案上滿足要求，在后裝方案上也滿足要求；2)將GNSS模塊定位系統(tǒng)和DR定位系統(tǒng)的優(yōu)勢集中起來，克服了 GNSS單獨使用定位不連續(xù)的問題，同時滿足車輛實時定位的需要；3)利用卡爾曼濾波器分配給兩個系統(tǒng)合理的權(quán)重，得到優(yōu)化的定位信息。與一般數(shù)據(jù)融合方法相比，在容錯、計算量等方面存在優(yōu)勢；4)邏輯控制在DR定位信息初始化與GNSS、DR兩個系統(tǒng)的定位信息融合上，起到關(guān)鍵的最用。這種邏輯控制體現(xiàn)出自適應(yīng)的能力；5)提高復雜環(huán)境如城市峽谷、樹葉茂密等信號遮擋嚴重區(qū)域的定位精度；6)成本低、結(jié)構(gòu)簡單。


圖I是單軸陀螺儀和單軸加速度計的車載組合導航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2是邏輯控制單元的流程圖。圖3是DR模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是卡爾曼濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明所述的單軸陀螺儀單軸加速度計的GNSS/DR組合導航方法，克服了 GNSS模塊定位方法經(jīng)常由于信號遮擋而不能正常定位的欠缺，也解決了 DR定位技術(shù)由于傳感器隨時間積累誤差較大，不能單獨、長時間使用的問題，還解決了后裝市場上很難將車載里程計信號引出來的欠缺。本發(fā)明所述的系統(tǒng)包括GNSS模塊、單軸陀螺儀和單軸加速度計、DR模塊、邏輯控制模塊、卡爾曼濾波器。這些模塊系統(tǒng)完成GNSS/DR組合導航，在不同GNSS信號環(huán)境下，合理利用兩個定位模塊的功能，得到持續(xù)且優(yōu)化的定位信息。所述GNSS模塊輸出多模導航衛(wèi)星系統(tǒng)定位結(jié)果。陀螺儀和加速度計組成DR定位力學編排。當GNSS信號有效時，GNSS模塊與DR模塊的定位結(jié)果經(jīng)過標準卡爾曼濾波器，輸出融合后的定位信息。當GNSS信號無效時，DR單獨導航輸出定位結(jié)果。所述GNSS模塊輸出包含位置、速度和航向的定位信息，GNSS模塊定位設(shè)定時間 (如2分鐘)以上并且檢測到載體運動速度大于設(shè)定值(如3m/s)之后，則GNSS的位置信息初始化DR模塊，包括初始化DR模塊的初始位置和初始速度。所述單軸陀螺儀指示載體的航向，航向的變化表示為-.ψη = φ -ι +(o-dt，式中爐 為當前時刻的航向角，為上一時刻的航向角，ω為陀螺儀測量出的角速度，dt為采樣時間間隔。陀螺儀的采樣點與GNSS模塊定位輸出要求時間同步，內(nèi)部機制依賴PPS來實現(xiàn)時間同步。所述單軸加速度計指示載體的線加速度，載體的速度表示為\ = Vn_i+a · dt。Vn表示當前時刻載體的運動速度，Vlri表示上一時刻載體的運動速度，a為加速度計測量出的載體加速度，dt為采樣時間間隔。其中加速度計的采樣率為50Hz，采樣點與GNSS模塊定位輸出要求時間同步，內(nèi)部機制依賴PPS而實現(xiàn)時間同步。經(jīng)過GNSS模塊的后端導航解算方法(如最小二乘或卡爾曼濾波器)輸出 GNSS模塊定位結(jié)果。DR模塊得到GNSS模塊給出的定位初始化信息之后，由單軸陀螺儀和單軸加速度計的測量值來推算，得到DR模塊的定位信息。所述邏輯控制模塊用來控制GNSS 模塊與DR模塊的邏輯關(guān)系。所述卡爾曼濾波器融合GNSS模塊和DR模塊的定位信息，分配兩個系統(tǒng)的定位權(quán)值，得到較優(yōu)的定位結(jié)果。同時估計陀螺儀和加速度計的偏差，反饋給傳感器。各模塊協(xié)調(diào)工作如下1)GNSS模塊接收GNSS衛(wèi)星信號，直至定位有效且有效的輸出定位結(jié)果?？紤]到 GNSS模塊在起初定位有效的一段時間內(nèi)，定位精度不一定很高，所以為了能給予DR模塊更加準確的初始值，使其定位2分鐘以上。還考慮到載體運動速度較低的情況下，GNSS模塊的定速精度不會很高。因此需要GNSS模塊定位2分鐘以上并且檢測到載體運動速度大于 3m/s的條件滿足之后，才初始化DR模塊。2) GNSS模塊定位之后，會輸出準確的秒脈沖(PPS)，根據(jù)PPS來同步GNSS和DR模塊的定位結(jié)果。在前后兩個PPS之間，連續(xù)采樣50個點，采樣時間間隔為10-20ms。由于兩采樣點之間時間間隔很短，因此可以認為載體運動變化不大，因此單軸加速度計可以直接指示載體的線速度變化率。單軸陀螺儀指示載體的航向變化率。3)單軸陀螺儀和單軸加速度計傳感器經(jīng)10-20ms采樣得到的航向變化率ω、線速度變化率a，ω和a作為DR模塊的輸入，得到DR模塊輸出的定位信息4)邏輯控制模塊根據(jù)GNSS模塊和DR模塊的工作狀況，向卡爾曼濾波器輸入GNSS 模塊和DR模塊的定位有效性，協(xié)助卡爾曼濾波器正常工作。5)卡爾曼濾波器工作頻率與GNSS模塊工作頻率相同，根據(jù)GNSS模塊和DR模塊的定位精度，合理選擇權(quán)重并分配給兩個系統(tǒng)，從而得到優(yōu)化的定位結(jié)果。所述的GNSS模塊包含多個衛(wèi)星導航系統(tǒng)，現(xiàn)代衛(wèi)星系統(tǒng)如GPS、北斗二代、GLONSS 等。多模衛(wèi)星導航模塊能提供更多的導航衛(wèi)星，從而提高復雜環(huán)境中的導航精度。以下給出本發(fā)明所述的導航方法的一個具體步驟I) GNSS模塊接收衛(wèi)星信號，定位之后輸出GNSS模塊定位信息和準確的PPS ；2)根據(jù)PPS對陀螺儀和加速度計輸出信號進行采樣；3) GNSS模塊定位2分鐘以上，且GNSS模塊定位信息中檢測到速度大于3m/s時，初始化DR的位置、速度和航向信息；4) DR獲得初始化信息之后，依據(jù)陀螺儀和加速度計的采樣輸出，進行獨立的DR定位，輸出DR定位信息；5)判斷GNSS和DR定位信息是否有效，若GNSS和DR定位信息均有效，則兩定位信息進行數(shù)據(jù)融合，得到優(yōu)化后的定位信息，并提供傳感器偏差補償值；
6)若DR定位信息無效，GNSS模塊定位信息有效，則輸出GNSS模塊定位信息，不提供傳感器偏差補償值；7)若GNSS模塊定位信息無效，DR定位信息有效，則輸出DR定位信息，不提供傳感器偏差補償值；8)若GNSS模塊定位信息和DR定位信息均無效,貝U不輸出定位信息。圖I是基于單軸陀螺儀單軸加速度計的GNSS/DR組合導航的結(jié)構(gòu)框圖，GNSS模塊 101開始工作時，搜索導航衛(wèi)星信號，直到GNSS模塊101定位并輸出包括位置、速度和航向的有效定位信息；GNSS模塊101正確定位之后輸出準確的PPS ；GNSS模塊101持續(xù)定位并輸出有效定位信息2分鐘，檢測載體速度是否大于3m/s，若檢測到載體運動速度大于3m/s， 則邏輯控制模塊104邏輯控制單元判斷為GNSS模塊101可以初始化DR模塊103 ;若檢測到載體運送速度沒有大于3m/s，則邏輯控制模塊104判斷為GNSS模塊101不能初始化DR模塊103，等待檢測到載體運動速度大于3m/s才將GNSS模塊101初始化信息給DR模塊103。 單軸陀螺儀和單軸加速度計102在航位推算被初始化之后，向DR模塊103提供線加速度和角速度，由PPS做好單軸陀螺儀和單軸加速度計102采樣與GNSS模塊101定位輸出的時間同步。如圖2所示，邏輯控制模塊104根據(jù)GNSS模塊101和DR模塊103的工作狀態(tài)，給出不同的選擇I) GNSS模塊101定位有效，DR模塊103定位無效，表明DR模塊103未被初始化， 邏輯控制模塊104根據(jù)DR模塊103定位信息是否滿足“定位不間斷持續(xù)2分鐘且載體運動速度大于3m/s ”的要求，給出控制結(jié)果，滿足要求，202判斷為是，GNSS模塊IOI可初始化DR 模塊103定位信息，不滿足要求，202判斷為否，則GNSS模塊101繼續(xù)工作，直到滿足要求， 驅(qū)動DR模塊103正常工作為止；2) GNSS模塊101定位有效，DR模塊103定位也有效，表明兩個定位方法均處于正常工作狀態(tài)，GNSS模塊101的定位信息和DR模塊103的定位信息可以數(shù)據(jù)融合，數(shù)據(jù)融合依靠卡爾曼濾波器105，卡爾曼濾波器105給出兩個定位方法的權(quán)重，根據(jù)權(quán)重，整個GNSS/ DR組合導航系統(tǒng)輸出優(yōu)化定位信息?？柭鼮V波器輸出的定位信息輸出與DR模塊103的定位信息輸出比較之后，輸出單軸陀螺儀和單軸加速度計102的偏差補償值，將該值反饋給單軸陀螺儀和單軸加速度計102，從而提高DR模塊103定位精度；3)單軸陀螺儀和單軸加速度計102定位無效，DR模塊103定位有效，一般這種情況出現(xiàn)在隧道等沒有GNSS信號的環(huán)境中。邏輯控制模塊104截斷GNSS模塊101輸出，使其不再作為卡爾曼濾波器105的輸入，DR模塊103繼續(xù)作為卡爾曼濾波器105的輸入，從而得到持續(xù)不斷的有效定位信息。如圖3所示，單軸陀螺儀301用來表征載體運動航向角速度的變化率，單軸加速度計302用來表征載體運動線速度的變化率，在慣性傳感器采樣時間間隔309內(nèi)，載體航向角 304表示為識，式中％為當前時刻的航向角，爐一為上一時刻的航向，ω為陀螺儀測量出的角速度，dt為采樣時間間隔。此操作由累加器303完成，載體速度308表示為 Vn = Vn_i+a · dt，Vn表示當前時刻載體的運動速度，Vlri表示上一時刻載體的運動速度，a為加速度計測量出的載體加速度，dt為采樣時間間隔。由加速度計305，第一乘法器306和累加器307完成，在采樣時間內(nèi)載體所經(jīng)過的位移311由速度308與采樣時間間隔302經(jīng)
8第二乘法器310得到，計算載體位移為Sn = Sn-JVlri · dt，式中Sn為當前時刻載體的位移， Slri為上一時刻載體的位移，Vlri為上一時刻載體的速度，dt為米樣時間間隔。東向位移的第三乘法器314計算載體東向位移316為S:= S:—'*Sin(^1)，式中X為當前時刻載
體的東向位移，t為上一時刻載體的東向位移，Vlri為上一時刻載體的速度，dt為采樣時間間隔為上一時刻的載體航向角。北向位移第四乘法器315計算載體北向位移317表示為X =C1+Lrfc0S(I1)。式中$為當前時刻載體的北向位移，H1為上一時刻載體的北向位移，Vlri為上一時刻載體的速度，dt為米樣時間間隔,^^為上一時刻的載體航向角。 其中sin運算312和cos運算313將位移分配東北兩個方向，在每一采樣時間間隔都會有載體航向角304、速度308、東向位移316和北向位移317的定位信息輸出。如圖4所示，卡爾曼濾波器工作頻率與GNSS模塊工作頻率相同?？柭鼮V波最主要的兩個模型為預(yù)測模型401和量測模型402。本發(fā)明中預(yù)測模型401為DR定位方法，量測模型402為GNSS模塊定位方法，經(jīng)過卡爾曼濾波器105之后輸出優(yōu)化后的定位信息，同時反饋給預(yù)測模型401，補償DR定位方法中的陀螺儀和加速度計的偏差。
權(quán)利要求
1.單軸陀螺儀和單軸加速度計的車載組合導航系統(tǒng)，其特征是包括GNSS模塊，單軸 陀螺儀、單軸加速度計、DR模塊、邏輯控制模塊、卡爾曼濾波器；所述GNSS模塊輸出包含位置、速度和航向的定位信息，GNSS模塊定位設(shè)定時間以上并 且檢測到載體運動速度大于設(shè)定值之后，則GNSS的位置信息初始化DR模塊，包括初始化DR 模塊的初始位置和初始速度；所述單軸陀螺儀指示載體的航向，航向的變化表示為％ +(o-dt，式中％為當前時 刻的航向角，為上一時刻的航向角，《為單軸陀螺儀測量出的角速度，dt為采樣時間間 隔，陀螺儀的采樣點與GNSS模塊定位輸出要求時間同步，內(nèi)部機制依賴秒脈沖PPS來實現(xiàn) 時間同步；所述單軸加速度計指示載體的線加速度a,載體的速度表示為\ = Vn_!+a dt, Vn表示 當前時刻載體的運動速度，Vn_i表示上一時刻載體的運動速度，dt為采樣時間間隔；加速度 計的采樣點與GNSS模塊定位輸出要求時間同步，內(nèi)部機制依賴秒脈沖PPS而實現(xiàn)時間同[K少;經(jīng)過GNSS模塊的后端導航解算方法輸出GNSS模塊定位結(jié)果；DR模塊得到GNSS模塊 給出的定位初始化信息之后，由單軸陀螺儀和單軸加速度計的測量值來推算，得到DR模塊 的定位信息；所述邏輯控制模塊用來控制GNSS模塊與DR模塊的邏輯關(guān)系；所述卡爾曼濾波器融合GNSS模塊和DR模塊的定位信息，分配兩個系統(tǒng)的定位權(quán)值，得 到定位結(jié)果；同時估計陀螺儀和加速度計的偏差，反饋給傳感器。
2.如權(quán)利要求1所述的單軸陀螺儀和單軸加速度計的車載組合導航系統(tǒng)，其特征是， 所述GNSS模塊定位的設(shè)定時間是2分鐘，載體運動速度的設(shè)定值是3m/S。
3.單軸陀螺儀單軸加速度計的車載GNSS/DR組合導航方法，其特征是1)GNSS模塊接收GNSS衛(wèi)星信號，直至定位有效且有效的輸出定位結(jié)果；2)GNSS模塊定位之后，輸出準確的秒脈沖PPS，根據(jù)PPS來同步GNSS和DR模塊的定位 結(jié)果；在前后兩個PPS之間，連續(xù)采樣50個點，認為單軸加速度計直接指示載體的線速度變 化率；單軸陀螺儀指示載體的航向變化率；3)單軸陀螺儀和單軸加速度計傳感器經(jīng)采樣得到的航向變化率《、線速度變化率a， 和a作為DR模塊的輸入，得到DR模塊輸出的定位信息；4)邏輯控制模塊根據(jù)GNSS模塊和DR模塊的工作狀況，向卡爾曼濾波器輸入GNSS模塊 和DR模塊的定位有效性，協(xié)助卡爾曼濾波器正常工作；5)卡爾曼濾波器工作頻率與GNSS模塊工作頻率相同，根據(jù)GNSS模塊和DR模塊的定位 精度，選擇權(quán)重并分配給兩個系統(tǒng)，從而得到優(yōu)化的定位結(jié)果。
4.如權(quán)利要求2所述的單軸陀螺儀單軸加速度計的車載GNSS/DR組合導航方法，其特 征是，步驟二所述采樣的時間間隔為10-20ms。
5.如權(quán)利要求2所述的單軸陀螺儀單軸加速度計的車載GNSS/DR組合導航方法，其特 征是，所述的DR模塊a、計算載體航向在采樣時間間隔內(nèi)的變化％=U ;b、計算載體速度在采樣時間間隔內(nèi)的變化\= Vn_!+a dt ；c、計算載體在采樣時間間隔內(nèi)的位移Sn= S^+V^ dt ；d、計算載體在采樣時間間隔內(nèi)東向位移X= Sen + Vn_x · dt · sinO);e、計算載體在采樣時間間隔內(nèi)北向位移X= ^+^-^-cos^);每米樣一次，DR模塊從a e運算一次；其中，為當前時刻的航向角，^V1為上一時刻的航向角，ω為單軸陀螺儀測量出的角速度，dt為采樣時間間隔，Vn表示當前時刻載體的運動速度，Vlri表示上一時刻載體的運動速度，a為單軸加速度計測量出的載體加速度，Sn為當前時刻載體的位移，Sn^1為上一時刻載體的位移，X為當前時刻載體的東向位移，為上一時刻載體的東向位移，式中X為當前時刻載體的北向位移，^:為上一時刻載體的北向位移。
6.如權(quán)利要求2所述的單軸陀螺儀單軸加速度計的車載GNSS/DR組合導航方法，其特征是，根據(jù)GNSS模塊和DR模塊不同的工作狀態(tài)，協(xié)調(diào)兩個模塊的定位信息融合1)GNSS模塊定位無效、DR模塊定位無效時，GNSS模塊搜索衛(wèi)星信號，直到GNSS模塊定位有效且輸出有效定位信息為止；2)GNSS模塊定位有效、DR模塊定位無效時，若滿足GNSS模塊持續(xù)定位超過設(shè)定時間， 且檢測到載體運送速度大于設(shè)定值，則GNSS模塊初始化DR模塊定位信息，使DR模塊也能實現(xiàn)定位功能；若兩個條件中的有一個條件沒有滿足要求，則GNSS模塊不能初始化DR模塊定位信息；3)GNSS模塊定位有效、DR模塊定位有效時，則將兩個模塊的定位信息和定位精度作為輸入給卡爾曼濾波器，從而得到優(yōu)化的定位結(jié)果；4)GNSS模塊定位無效、DR模塊定位有效時，GNSS模塊的定位信息不再輸入卡爾曼濾波器，而DR模塊的定位信息仍然最為卡爾曼濾波器的輸入，并保持定位。
7.如權(quán)利要求2所述的單軸陀螺儀單軸加速度計的車載GNSS/DR組合導航方法，其特征是，根據(jù)邏輯控制單元的輸入，分配兩個模塊的權(quán)重，得到優(yōu)化的定位信息；并且與DR模塊的定位信息比較，得到單軸陀螺儀和單軸加速度計傳感器的偏差，并且將偏差反饋給傳感器，從而提高DR模塊的精度，在GNSS模塊定位無效且DR模塊定位有效的情況下，延長DR 模塊的定位能力。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于單軸陀螺儀單軸加速度計傳感器的車載組合導航系統(tǒng)，定位系統(tǒng)包括一個GNSS模塊、單軸陀螺儀傳感器、單軸加速度計傳感器、航位推算(DR)模塊、邏輯控制模塊和卡爾曼濾波器。所述GNSS模塊輸出多模導航衛(wèi)星系統(tǒng)定位結(jié)果。陀螺儀和加速度計組成DR定位力學編排。當GNSS信號有效時，GNSS模塊與DR模塊的定位結(jié)果經(jīng)過標準卡爾曼濾波器，輸出融合后的定位信息。當GNSS信號無效時，DR單獨導航輸出定位結(jié)果。本發(fā)明的優(yōu)點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，且綜合了GNSS與DR兩種定位系統(tǒng)的優(yōu)勢，提高了定位精度和定位連續(xù)性。
文檔編號G01S19/48GK102608641SQ201210096869
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者何文濤, 馮華星, 徐建華, 李尤, 殷明, 翟昆鵬, 藺曉龍, 金亮良 申請人:江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心