CN104567888A - 基于速度在线修正的惯性导航车辆姿态测量方法 - Google Patents

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田雨农
周秀田
李刚
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Abstract

本发明公开一种基于速度在线修正的惯性导航车辆姿态测量方法，是以惯性导航模块以随动的导航坐标系所测量的车辆前进方向速度Vy和修正间隔车辆转弯角度 以及从车辆OBD接口或转速传感器得到的速度信号建立卡尔曼滤波器的观测矩阵，得到姿态角误差并对惯性导航所测量的姿态角进行修正，即可得到高精度车辆姿态。无需外部信息，可实现自主姿态测量，避免现有技术因使用全球卫星导航***（GNSS）所存在的问题，同时无需高精度惯性导航模块，降低了测量成本。另外，因采用速度在线修正，即对于惯性器件漂移所产生的误差随时在线修正，无需定时停车修正。

Description

基于速度在线修正的惯性导航车辆姿态测量方法
技术领域
本发明涉及一种车辆姿态测量方法，尤其是一种无需外部信息，可实现自主姿态测量且成本低的基于速度修正的惯性导航车辆姿态测量方法。
背景技术
目前，对于车辆姿态所采用的测量方法及问题如下：
第一种是采用高精度惯性（INS）导航模块。惯性导航模块是由三轴陀螺（机械陀螺、激光陀螺、光纤陀螺以及MEMS陀螺）、三轴加速度计（摆式加速度计和振梁式加速度计）、信号采集和计算电路组成，能够测量车辆的三轴角速率和三轴线加速度，通过积分能够即可直接得到车辆的姿态角度、线速度和位置等信息。采用惯性导航模块无需外部信息，使用方便，但是却必需采用高精度惯性导航模块，存在着成本高的问题，而且因惯性器件漂移所产生的误差不能随时在线修正，需要定时停车修正。
第二种是采用惯性导航与全球卫星导航***（GNSS）的组合测量方法。主要是由卡尔曼滤波器通过惯性导航误差方程进行预测，通过卫星导航作为观测量，计算出惯性导航误差（姿态角误差、速度误差以及位置误差），再将误差反馈给惯性导航进行补偿修正，最后得到精度较高的车辆姿态等信息。虽然目前大多使用该方法，但是如果在卫星导航信号丢失（比如车辆通过涵洞、茂密树林及城市高楼林立地方）或卫星信号受到干扰或车辆本身不具备接收卫星导航信息条件时，该方法就失去了意义。
第三种是用垂直陀螺进行测量，但是此方法只适合姿态测量精度低而且是匀速运动的车辆，适用面窄。
发明内容
本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种无需外部信息，可实现自主姿态测量且成本低的基于速度在线修正的惯性导航车辆姿态测量方法。
本发明的技术解决方案是：一种基于速度在线修正的惯性导航车辆姿态测量方法，其特征在于按照如下步骤进行：
步骤1：惯性导航以随动的导航坐标系测量姿态角、车辆前进方向速度Vy和修正间隔车辆转弯角度 ；所述随动的导航坐标系即车前进方向为x轴、天向为y轴，z向按右手法则；
步骤2：判断是否为导航修正时间？否，则进行步骤6；是，则进行步骤3；
步骤3：读取车辆速度，则观测矩阵Z如下：
式中Vx为车辆行驶过程任意时刻的横向速度，为零；
步骤4：卡尔曼滤波计算速度误差及姿态角误差；
步骤5：用所得姿态角误差对惯性导航所测量的姿态角进行修正；
步骤6：输出姿态角。
本发明是以惯性导航模块以随动的导航坐标系所测量的车辆前进方向速度Vy和修正间隔车辆转弯角度以及从车辆OBD接口或转速传感器得到的速度信号建立卡尔曼滤波器的观测矩阵，得到姿态角误差并对惯性导航所测量的姿态角进行修正，即可得到高精度车辆姿态。无需外部信息，可实现自主姿态测量，避免现有技术因使用全球卫星导航***（GNSS）所存在的问题，同时无需高精度惯性导航模块，降低了测量成本。另外，因采用速度在线修正，即对于惯性器件漂移所产生的误差随时在线修正，无需定时停车修正。
附图说明
图1是本发明实施例的流程图。
具体实施方式
如图1所示：按照如下步骤进行：
步骤1：惯性导航以随动的导航坐标系测量姿态角、车辆前进方向速度Vy和修正间隔车辆转弯角度 ；所述随动的导航坐标系即车前进方向为x轴、天向为y轴，z向按右手法则；一般计算周期为5毫秒至30毫秒；计算可以采用四元数计算；微分方程可以采用四阶龙格-库达方法或旋转矢量方法；
步骤2：判断是否为导航修正时间？否，则进行步骤6；是，则进行步骤3；
一般导航修正周期为1~300S，即导航至设定时间修订一次。设导航修正周期为50S，则判断导航时间是否为50S的倍数，否，则直接进行步骤6，即输出所测量的姿态角；是，则进行步骤3、4、5、6；
步骤3：读取车辆速度，则观测矩阵Z如下：
式中Vx为车辆行驶过程任意时刻的横向速度，为零；
车辆速度是从车辆OBD接口或里程计转速传感器得到的速度信号；
步骤4：卡尔曼滤波计算导航误差；
按照现有卡尔曼滤波计算方法，以观测矩阵Z作为观测量，计算出惯性导航误差（姿态角误差、速度误差以及位置误差），
步骤5：用所得姿态角误差对惯性导航所测量的姿态角进行修正；
步骤6：输出姿态角。

Claims (1)

1.一种基于速度在线修正的惯性导航车辆姿态测量方法，其特征在于按照如下步骤进行：
步骤1：惯性导航以随动的导航坐标系测量姿态角、车辆前进方向速度Vy和修正间隔车辆转弯角度 ；所述随动的导航坐标系即车前进方向为x轴、天向为y轴，z向按右手法则；
步骤2：判断是否为导航修正时间？否，则进行步骤6；是，则进行步骤3；
步骤3：读取车辆速度 ，则观测矩阵Z如下：
式中Vx为车辆行驶过程任意时刻的横向速度，为零；
步骤4：卡尔曼滤波计算速度误差及姿态角误差；
步骤5：用所得姿态角误差对惯性导航所测量的姿态角进行修正；
步骤6：输出姿态角。
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