用于惯性导航系统的惯性导航方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114234972A(43)申请公布日2022.03.25(21)申请号202210189022.1G01S19/49(2010.01)(22)申请日2022.03.01G01C21/28(2006.01)(71)申请人长沙金维信息技术有限公司地址410000湖南省长沙市高新开发区青山路662号芯城科技园二期14栋6楼601室(72)发明人肖永平满小三刘勇林佳夏晓玲王文艺李元李道坚凌德智(74)专利代理机构长沙永星专利商标事务所(普通合伙)43001代理人周咏米中业(51)Int.Cl.G01C21/16(2006.01)G01S19/39(2010.01)权利要求书3页说明书8页附图3页(54)发明名称用于惯性导航系统的惯性导航方法(57)摘要本发明公开了一种用于惯性导航系统的惯性导航方法，包括将目标车载组合导航系统安装到车辆上并初始化；构建基于向心力约束的Kalman滤波器；控制车体进行设定的运动；车体运功过程中Kalman滤波器收敛，完成用于惯性导航系统的惯性导航方法。本发明通过Kalman滤波器构建惯性导航的完整约束，增强了惯性导航方案的鲁棒性，能够有效避免现有技术的导航失效问题，同时本发明方法能够在车辆快速转弯、车体急速加减速等恶劣的场景提供形成较好的约束，有效保证了惯性导航系统的导航精度，而且本发明可靠性高、补偿精度高且简单方便。CN114234972ACN114234972A权利要求书1/3页1.一种用于惯性导航系统的惯性导航方法，其特征在于包括如下步骤：S1.将目标车载组合导航系统安装到车辆上，并对目标车载组合导航系统进行初始化；S2.构建基于向心力约束的Kalman滤波器；具体为以姿态误差、速度误差、位置误差、陀螺漂移和加速度计零偏作为状态变量并构建状态方程，以车辆侧向速度、车辆垂向速度和向心力作为量测观测量并构建量测方程，从而构建基于向心力约束的Kalman滤波器；其中，构建量测方程具体包括如下步骤：Kalman滤波器的量测方程为：式中H1为第三中间变量，且，为导航系到载体系的转换矩阵，为东北天坐标系下载体的速度，为陀螺仪原始输出；H2为第四中间变量且；X为Kalman滤波器的状态变量；×为叉乘运算符，数学意义为将符号×前面的3维向量变成3*3的反对称矩阵；的定义为：若*为向量则表示取向量*的第r个元素，若*为矩阵则表示取矩阵*的第r行元素；S3.控制车体进行设定的运动；S4.车体在步骤S3的运动过程中，Kalman滤波器收敛，完成用于惯性导航系统的惯性导航方法。2.根据权利要求1所述的用于惯性导航系统的惯性导航方法，其特征在于步骤S1所述的对目标车载组合导航系统进行初始化，具体为通过卫星导航系统，计算目标车载组合导航系统的初始的位置参数、初始的速度参数和初始的姿态参数。3.根据权利要求1或2所述的用于惯性导航系统的惯性导航方法，其特征在于所述的以姿态误差、速度误差、位置误差、陀螺漂移和加速度计零偏作为状态变量，具体包括如下步骤：Kalman滤波器的状态变量为：式中为姿态误差，且，为x轴方向的姿态误差，为y2CN114234972A权利要求书2/3页轴方向的姿态误差，为z轴方向的姿态误差；为速度误差，且，为x轴方向的速度误差，为y轴方向的速度误差，为z轴方向的速度误差；为位置误差，且，为x轴方向的位置误差，为y轴方向的位置误差，为z轴方向的位置误差；为陀螺漂移，且，为x轴方向的陀螺漂移，为y轴方向的陀螺漂移，为z轴方向的陀螺漂移；为加速度计零偏，且，为x轴方向的加速度计零偏，为y轴方向的加速度计零偏，为z轴方向的加速度计零偏。4.根据权利要求3所述的用于惯性导航系统的惯性导航方法，其特征在于所述的构建状态方程，具体包括如下步骤：Kalman滤波器的状态方程为：式中为的状态观测量；为的状态观测量；为的状态观测量；为的状态观测量；为的状态观测量；为姿态误差方程中姿态误差的相关部分，且，为地理坐标系相对惯性坐标系的旋转速度，×为叉乘运算符，数学意义为将符号×前面的3维向量变成3*3的反对称矩阵；为姿态误差方程中速度误差的相关部分，且，RMh为地球的长半轴半径，RNh为地球的短半轴半径，L为纬度；为姿态误差方程中位置误差的相关部分，且，M1为第一中间变量，且，为地球自转角速度，M2为第二中间变量，且，为导航坐标系下东北天速度中的E轴速度；为载体系到导航系的姿态转换矩阵；为速度误差方程3CN114234972A权利要求书3/3页中姿态误差的相关部分，且，为比力；Mvv为速度误差方程中速度误差的相关部分，且，vn为导航坐标系下的东北天速度且，为导航坐标系下东北天速度中的N轴速度，为导航坐标系下东北天速度中的U轴速度，为地球自转角速率，为导航坐