CN114370885B - 一种惯性导航***误差补偿方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种惯性导航***误差补偿***及方法,通过轨道检测***运动状态判断、获得轨道检测***停车时惯性导航***的陀螺测量误差、惯性导航***陀螺测量误差在线修正等进行惯性导航***误差补偿。本发明通过对轨道检测车的运动状态进行判断,利用轨道检测车停车期间对陀螺测量误差进行在线修正,有效抑制陀螺测量误差对惯性导航***精度的影响,进而提高轨道检测车轨道几何参数的测量精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种惯性导航***误差补偿方法及***,特别是涉及一种轨道检测***用低精度惯性导航***误差补偿方法及***,属于轨道检测应用技术领域。
背景技术
车载式轨道检测***以惯性测量核心,通过惯性、里程计、卫星、激光测距等多个传感器的信息融合,实现轨道几何参数的高精度测量。其中,惯性导航***可以连续提供高精度的位置、速度、姿态等信息,是不可或缺的测量设备。高精度惯性导航***成本高、价格昂贵,低精度惯性导航***虽然成本低,但是测量精度难以满足轨道几何参数高精度测量需求。轨道检测***用低精度惯性导航***的误差在线补偿是低精度惯性导航***在轨道检测领域应用的关键前提。
低精度惯性导航***的陀螺零偏通常大于几十度每小时,且零偏重复性也没有特定的规律,会随时间和温度的变化而变化,若不对陀螺测量误差进行补偿,将会对导航精度产生严重的影响,进而影响轨道几何参数检测精度。现有的补偿方法一般采用卡尔曼滤波或是转台,卡尔曼滤波计算复杂,而转台补偿要将惯性导航***安装在转台上,补偿周期长,无法做到实时在线补偿。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足之一,提供一种惯性导航***误差补偿方法及***。
本发明的技术解决方案:一种惯性导航***误差补偿方法,包括以下步骤:
轨道检测***运动状态判断;
获得轨道检测***停车时惯性导航***的陀螺测量误差,
若轨道检测***处于停车状态,则陀螺补偿数进行累加,获得轨道检测***停车时X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数均值,作为轨道检测***停车时惯性导航***的陀螺测量误差;
惯性导航***陀螺测量误差在线修正。
一种惯性导航***误差补偿***,包括存储器和处理器,所述的存储器存储有计算机程序,所述的处理器执行计算机程序时实现惯性导航***误差补偿方法。
本发明与现有技术相比的有益效果:
(1)本发明通过对轨道检测车的运动状态进行判断,利用轨道检测车停车期间对陀螺测量误差进行在线修正,有效抑制陀螺测量误差对惯性导航***精度的影响,进而提高轨道检测车轨道几何参数的测量精度;
(2)本发明利用轨道检测车停车期间对陀螺测量误差进行在线修正,便于工程实现,能够有效抑制陀螺测量误差对惯性导航***精度的影响,对于配备低精度惯性导航***的轨道检测车具有非常重要的意义;
(3)本发明采用陀螺仪和加速度计补偿数作为停车判断的依据,无需其它传感器辅助,降低成本。
附图说明
图1为本发明流程图。
具体实施方式
本发明如图1所示,提供一种惯性导航***误差补偿方法,包括以下步骤:
轨道检测***运动状态判断。
同时满足以下判断条件,判断轨道检测***为停车状态。
条件一,载体坐标系X轴、Y轴、Z轴的三轴陀螺补偿数在TΔ时段的均值分别满足
条件二,载体坐标系X轴、Y轴、Z轴的三轴加速度计补偿数在TΔ时段的均值分别满足
条件三,载体坐标系X轴、Y轴、Z轴三轴加速度计补偿数在TΔ时段内的累加值的峰峰值分别满足不大于Δ。
其中,为三轴陀螺补偿数在TΔ时段内的均值,/>为三轴陀螺补偿数在TΔ时段内的均值阈值,/>为k导航周期三轴陀螺补偿数在TΔ时段内的均值,/>为k-1导航周期三轴陀螺补偿数在TΔ时段内的均值,/>为三轴陀螺补偿数在TΔ时段内的均值差阈值,Δ为峰峰值阈值,k为自然数。
进一步,三轴陀螺补偿数在TΔ时段内的均值阈值优选范围0.1~0.3°/s,具体数值根据实际的惯性导航***精度等参数确定,数值越小条件判断越严格。
三轴陀螺补偿数在TΔ时段内的均值差阈值优选范围0.03~0.06m/s2,具体数值根据实际的惯性导航***精度等参数确定,数值越小条件判断越严格。
峰峰值阈值Δ优选范围0.05~0.15m/s2,具体数值根据实际的惯性导航***精度等参数确定,数值越小条件判断越严格。
本步骤中,低精度惯导***测量精度低、噪声大,因此,对三轴陀螺补偿数和三轴加速度计补偿数选择TΔ时段滑动平均计算,取TΔ时段内的均值作为判断运动状态判断依据。
进一步,本步骤TΔ时段范围优选80~120ms,具体数值根据实际的惯性导航***精度等参数确定。
本步骤中每个导航周期的三轴陀螺补偿数和三轴加速度计补偿数可通过惯性导航***解算获得。
进一步,优选若某导航周期,上述三个判断条件至少一个不满足,判断轨道检测***为运动状态。
本步骤中轨道检测***运动状态判断从惯性导航***初始化完成后开始,直至工作结束,每个导航周期计算得到的三轴陀螺补偿数和三轴加速度计补偿数及三轴陀螺补偿数和三轴加速度计补偿数在TΔ时段内的均值,进行轨道检测***运动状态判断。
获得轨道检测***停车时惯性导航***的陀螺测量误差。
若轨道检测***处于停车状态,则陀螺补偿数进行累加,获得轨道检测***停车时X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数均值,作为轨道检测***停车时惯性导航***的陀螺测量误差。
进一步,本步骤中X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数进行累加如下,
其中,e0xi、e0yi、e0zi分别为i导航周期X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数的累加和,e0x(i-1)、e0y(i-1)、e0z(i-1)分别为i-1导航周期X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数的累加和, 分别为i导航周期X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数在TΔ时段内的均值。
进一步,本步骤中轨道检测***停车时X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数均值确定如下,
其中,e1xi、e1yi、e0zi分别为i导航周期轨道检测***停车时X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数均值,N为陀螺补偿数累加次数。
进一步,若不满足至少一个轨道检测***停车判断条件,轨道检测***为运动状态,则令e1xi=0、e1yi=0、e0zi=0,X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数的累加和清零,重新累加。
惯性导航***陀螺测量误差在线修正。
进行陀螺测量误差累加,具体如下:
ε1xi=ε1x(i-1)+e1xi-ω1xi
ε1yi=ε1y(i-1)+e1yi-ω1yi
ε1zi=ε1z(i-1)+e1zi-ω1zi
式中,ε1xi、ε1yi、ε1zi分别为i导航周期陀螺测量误差累加值,初始值为0,ε1x(i-1)、ε1y(i-1)、ε1z(i-1)分别为i-1导航周期陀螺测量误差累加值,ω1xi、ω1yi、ω1zi分别为i导航周期地球自转角速率在惯性导航***X轴、Y轴、Z轴的分量。
进一步,ω1xi、ω1yi、ω1zi计算方法如下:
式中,ωie=7.2921150×10-5rad/s为地球自转角速率,Li为惯性导航***获得i导航周期轨道检测***的当前纬度,为将地球自转角速率分量由导航坐标系转换到载体坐标系的姿态转换矩阵,γ、θ、ψ分别为惯性导航***获得的轨道检测***的滚动角、俯仰角及航向角。
判断轨道检测***连续停车时间是否大于停车时间阈值TTΔ,若大于则根据当前导航周期的陀螺测量误差累加值,进行陀螺测量误差在线修正。
进一步,本步骤中停车时间阈值TTΔ优选范围为80~120s,具体数值根据实际的惯性导航***精度等参数确定,数值越大条件判断越严格。
进一步,本步骤陀螺测量误差在线修正,具体如下,
其中,分别为当前导航周期惯性导航***获得的X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数,/>分别为当前导航周期的X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数修正值,ε1x、ε1y、ε1z分别为当前导航周期的陀螺测量误差累加值。
进一步,本发明还提供一种实现上述惯性导航***误差补偿方法的***,包括存储器和处理器,存储器存储有计算机程序,处理器执行计算机程序时实现惯性导航***误差补偿。
Claims (11)
1.一种惯性导航***误差补偿方法,其特征在于,包括以下步骤:
轨道检测***运动状态判断;
获得轨道检测***停车时惯性导航***的陀螺测量误差,
若轨道检测***处于停车状态,则陀螺补偿数进行累加,获得轨道检测***停车时X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数均值,作为轨道检测***停车时惯性导航***的陀螺测量误差;
惯性导航***陀螺测量误差在线修正;
所述轨道检测***运动状态判断,同时满足以下判断条件,判断轨道检测***为停车状态,
条件一,载体坐标系X轴、Y轴、Z轴的三轴陀螺补偿数在TΔ时段的均值分别满足
条件二,载体坐标系X轴、Y轴、Z轴的三轴加速度计补偿数在TΔ时段的均值分别满足
条件三,载体坐标系X轴、Y轴、Z轴三轴加速度计补偿数在TΔ时段内的累加值的峰峰值分别满足不大于Δ;
其中,为三轴陀螺补偿数在TΔ时段内的均值,/>为三轴陀螺补偿数在TΔ时段内的均值阈值,/>为k导航周期三轴陀螺补偿数在TΔ时段内的均值,/>为k-1导航周期三轴陀螺补偿数在TΔ时段内的均值,/>为三轴陀螺补偿数在TΔ时段内的均值差阈值,Δ为峰峰值阈值,k为自然数。
2.根据权利要求1所述的一种惯性导航***误差补偿方法,其特征在于:所述的三轴陀螺补偿数在TΔ时段内的均值阈值范围0.1~0.3°/s;所述的三轴陀螺补偿数在TΔ时段内的均值差阈值/>范围0.03~0.06m/s2;所述的峰峰值阈值Δ范围0.05~0.15m/s2。
3.根据权利要求2所述的一种惯性导航***误差补偿方法,其特征在于:所述的TΔ时段范围80~120ms。
4.根据权利要求1所述的一种惯性导航***误差补偿方法,其特征在于:所述获得轨道检测***停车时惯性导航***的陀螺测量误差,
X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数进行累加如下,
其中,e0xi、e0yi、e0zi分别为i导航周期X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数的累加和,e0x(i-1)、e0y(i-1)、e0z(i-1)分别为i-1导航周期X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数的累加和, 分别为i导航周期X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数在TΔ时段内的均值;
轨道检测***停车时X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数均值如下,
其中,e1xi、e1yi、e0zi分别为i导航周期轨道检测***停车时X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数均值,N为陀螺补偿数累加次数。
5.根据权利要求4所述的一种惯性导航***误差补偿方法,其特征在于:所述轨道检测***为运动状态,则令e1xi=0、e1yi=0、e0zi=0,X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数的累加和清零,重新累加。
6.根据权利要求4所述的一种惯性导航***误差补偿方法,其特征在于:在某导航周期,所述判断条件只要一个不满足,判断轨道检测***为运动状态。
7.根据权利要求1所述的一种惯性导航***误差补偿方法,其特征在于:所述惯性导航***陀螺测量误差在线修正,包括以下步骤,
进行如下的陀螺测量误差累加,
ε1xi=ε1x(i-1)+e1xi-ω1xi
ε1yi=ε1y(i-1)+e1yi-ω1yi
ε1zi=ε1z(i-1)+e1zi-ω1zi
其中,ε1xi、ε1yi、ε1zi分别为i导航周期陀螺测量误差累加值,初始值为0,ε1x(i-1)、ε1y(i-1)、ε1z(i-1)分别为i-1导航周期陀螺测量误差累加值,ω1xi、ω1yi、ω1zi分别为i导航周期地球自转角速率在惯性导航***X轴、Y轴、Z轴的分量;
判断轨道检测***连续停车时间是否大于停车时间阈值TTΔ,若大于则根据当前导航周期的陀螺测量误差累加值,进行陀螺测量误差在线修正。
8.根据权利要求7所述的一种惯性导航***误差补偿方法,其特征在于:所述的ω1xi、ω1yi、ω1zi计算如下,
其中,ωie=7.2921150×10-5rad/s为地球自转角速率,Li为惯性导航***获得i导航周期轨道检测***的当前纬度,为将地球自转角速率分量由导航坐标系转换到载体坐标系的姿态转换矩阵,γ、θ、ψ分别为惯性导航***获得的轨道检测***的滚动角、俯仰角及航向角。
9.根据权利要求7所述的一种惯性导航***误差补偿方法,其特征在于:所述的停车时间阈值TTΔ范围为80~120s。
10.根据权利要求7所述的一种惯性导航***误差补偿方法,其特征在于:所述的陀螺测量误差在线修正如下,
其中,分别为当前导航周期惯性导航***获得的X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数,/>分别为当前导航周期的X轴、Y轴、Z轴陀螺补偿数修正值,ε1x、ε1y、ε1z分别为当前导航周期的陀螺测量误差累加值。
11.一种惯性导航***误差补偿***,其特征在于:包括存储器和处理器,所述的存储器存储有计算机程序,所述的处理器执行计算机程序时实现权利要求1至10任一所述的惯性导航***误差补偿方法。
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GR01 | Patent grant | ||
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