一种车载高精度容错组合导航方法及系统.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CN112461236A(43)申请公布日2021.03.09(21)申请号202011319293.1(22)申请日2020.11.23(71)申请人中国人民解放军火箭军工程大学地址710025陕西省西安市灞桥区同心路2号(72)发明人杨波杨小冈席建祥刘云峰薛亮单斌曲格平高久安(74)专利代理机构北京高沃律师事务所11569代理人杜阳阳(51)Int.Cl.G01C21/16(2006.01)G01C21/20(2006.01)G01C21/28(2006.01)权利要求书4页说明书15页附图3页(54)发明名称一种车载高精度容错组合导航方法及系统(57)摘要本发明涉及一种车载高精度容错组合导航方法及系统。该方法包括：基于捷联惯导系统的姿态输出与里程计的路程增量输出、多普勒雷达的速度输出，分别设计地理坐标系下载车位置解算算法和速度解算算法；研究里程计与多普勒雷达的误差模型，分别建立前述位置解算和速度解算的误差模型；采用间接法滤波进行组合导航设计，以捷联惯导系统误差、里程计误差、多普勒雷达误差等作为系统状态，将捷联惯导输出的位置、速度与前述位置解算、速度解算获得的对应信息分别相减作为量测，采用卡尔曼滤波设计高精度容错组合导航的滤波算法。本发明能够实现车辆精确导航，在里程计或多普勒雷达某一设备出现故障时仍保持较高的导航精度。CN112461236ACN112461236A权利要求书1/4页1.一种车载高精度容错组合导航方法，其特征在于，包括：根据捷联惯导系统输出的载车姿态矩阵以及里程计输出的行驶路程增量，解算地理坐标系下的载车位置；根据捷联惯导系统输出的载车姿态矩阵与多普勒雷达输出的载车行驶速度，解算地理坐标系下的载车速度；分析载车位置解算和速度解算的误差源，并根据所述误差源确定位置解算误差方程以及速度解算误差方程；所述误差源包括捷联惯导姿态误差、里程计刻度系数误差、多普勒雷达刻度系数误差和安装误差；当所有导航设备均正常工作时，根据捷联惯导系统的误差模型、所述位置解算误差方程以及所述速度解算误差方程，建立高精度组合导航的状态方程；并根据所述捷联惯导系统输出的位置及速度、所述地理坐标系下的载车位置、所述地理坐标系下的载车速度，建立高精度组合导航的量测方程；当多普勒雷达出现故障时，根据捷联惯导系统的误差模型、所述位置解算误差方程，建立容错组合导航的第一状态方程；根据所述捷联惯导系统输出的位置、所述地理坐标系下的载车位置，建立容错组合导航的第一量测方程；当里程计出现故障时，根据捷联惯导系统的误差模型、所述速度解算误差方程，建立容错组合导航的第二状态方程；根据所述捷联惯导系统输出的速度、所述地理坐标系下的载车速度，建立容错组合导航的第二量测方程；根据所述高精度组合导航的状态方程、量测方程，所述容错组合导航的第一状态方程、第一量测方程，所述容错组合导航的第二状态方程、第二量测方程，采用卡尔曼滤波确定所述捷联惯导系统的误差实时估计值；根据所述捷联惯导系统的误差实时估计值，对所述捷联惯导系统实时进行误差校正，并将经过误差校正的捷联惯导系统的输出作为组合导航系统的输出。2.根据权利要求1所述的一种车载高精度容错组合导航方法，其特征在于，所述分析载车位置解算和速度解算的误差源，并根据所述误差源确定位置解算误差方程以及速度解算误差方程，具体包括：所述位置解算误差方程为：其中，δLO为纬度误差；δλO为经度误差、δhO为高度误差；φE,φN,φU分别为捷联惯导系统的数学平台沿东、北、天向的姿态误差；vE、vN、vU分别为载车沿东、北、天向的速度；L、h分别为载车所在位置的纬度、高度；RM、RN分别为当地子午圈的主曲率半径、卯酉圈的主曲率半径；δKO为里程计刻度系数误差；所述速度解算误差方程为：δvDE＝-vUφN+vNφU+vEδKD+T13VδAx-T11VδAz2CN112461236A权利要求书2/4页δvDN＝-vEφU+vUφE+vNδKD+T23VδAx-T21VδAzδvDU＝-vNφE+vEφN+vUδKD+T33VδAx-T31VδAz其中，δvDE、δvDN、δvDU分别为速度解算沿东、北、天向的误差；Tij(i,j＝1,2,3)为载车姿态矩阵的第i行、第j列元素。3.根据权利要求1所述的一种车载高精度容错组合导航方法，其特征在于，所述当所有导航设备均正常工作时，根据捷联惯导系统的误差模型、所述位置解算误差方程以及所述速度解算误差方程，建立高精度组合导航的状态方程；并根据所述捷联惯导系统输出的位置及速度、所述地理坐标系下的载车位置、所述地理坐标系下的载车速度，建立高精度组合导航的量测方程，具体包括：当所有导航设备均正常工作时，根据所述捷联惯导系统的误差模型、