[发明专利]单轴陀螺仪和单轴加速度计的车载组合导航系统及方法

权利要求书

1.单轴陀螺仪和单轴加速度计的车载组合导航系统，其特征是：包括GNSS模块，单轴陀螺仪、单轴加速度计、DR模块、逻辑控制模块、卡尔曼滤波器；

所述GNSS模块输出包含位置、速度和航向的定位信息，GNSS模块定位设定时间以上并且检测到载体运动速度大于设定值之后，则GNSS的位置信息初始化DR模块，包括初始化DR模块的初始位置和初始速度；

所述单轴陀螺仪指示载体的航向，航向的变化表示为式中为当前时刻的航向角，为上一时刻的航向角，ω为单轴陀螺仪测量出的角速度，dt为采样时间间隔，陀螺仪的采样点与GNSS模块定位输出要求时间同步，内部机制依赖秒脉冲PPS来实现时间同步；

所述单轴加速度计指示载体的线加速度a，载体的速度表示为V_n＝V_n-1+a·dt，V_n表示当前时刻载体的运动速度，V_n-1表示上一时刻载体的运动速度，dt为采样时间间隔；加速度计的采样点与GNSS模块定位输出要求时间同步，内部机制依赖秒脉冲PPS而实现时间同步；

经过GNSS模块的后端导航解算方法输出GNSS模块定位结果；DR模块得到GNSS模块给出的定位初始化信息之后，由单轴陀螺仪和单轴加速度计的测量值来推算，得到DR模块的定位信息；

所述逻辑控制模块用来控制GNSS模块与DR模块的逻辑关系；

所述卡尔曼滤波器融合GNSS模块和DR模块的定位信息，分配两个系统的定位权值，得到定位结果；同时估计陀螺仪和加速度计的偏差，反馈给传感器。

2.如权利要求1所述的单轴陀螺仪和单轴加速度计的车载组合导航系统，其特征是，所述GNSS模块定位的设定时间是2分钟，载体运动速度的设定值是3m/s。

3.单轴陀螺仪单轴加速度计的车载GNSS/DR组合导航方法，其特征是：

1)GNSS模块接收GNSS卫星信号，直至定位有效且有效的输出定位结果；

2)GNSS模块定位之后，输出准确的秒脉冲PPS，根据PPS来同步GNSS和DR模块的定位结果；在前后两个PPS之间，连续采样50个点，认为单轴加速度计直接指示载体的线速度变化率；单轴陀螺仪指示载体的航向变化率；

3)单轴陀螺仪和单轴加速度计传感器经采样得到的航向变化率ω、线速度变化率a，ω和a作为DR模块的输入，得到DR模块输出的定位信息；

4)逻辑控制模块根据GNSS模块和DR模块的工作状况，向卡尔曼滤波器输入GNSS模块和DR模块的定位有效性，协助卡尔曼滤波器正常工作；

5)卡尔曼滤波器工作频率与GNSS模块工作频率相同，根据GNSS模块和DR模块的定位精度，选择权重并分配给两个系统，从而得到优化的定位结果。

4.如权利要求2所述的单轴陀螺仪单轴加速度计的车载GNSS/DR组合导航方法，其特征是，步骤二所述采样的时间间隔为10-20ms。

5.如权利要求2所述的单轴陀螺仪单轴加速度计的车载GNSS/DR组合导航方法，其特征是，所述的DR模块

a、计算载体航向在采样时间间隔内的变化

b、计算载体速度在采样时间间隔内的变化V_n＝V_n-1+a·dt；

c、计算载体在采样时间间隔内的位移S_n＝S_n-1+V_n-1·dt；

d、计算载体在采样时间间隔内东向位移

e、计算载体在采样时间间隔内北向位移

每采样一次，DR模块从a～e运算一次；其中，为当前时刻的航向角，为上一时刻的航向角，ω为单轴陀螺仪测量出的角速度，dt为采样时间间隔，V_n表示当前时刻载体的运动速度，V_n-1表示上一时刻载体的运动速度，a为单轴加速度计测量出的载体加速度，S_n为当前时刻载体的位移，S_n-1为上一时刻载体的位移，为当前时刻载体的东向位移，为上一时刻载体的东向位移，式中为当前时刻载体的北向位移，为上一时刻载体的北向位移。