[发明专利]一种基于GGI/GPS/INS的组合导航系统

说明书

技术领域

本发明属于组合导航技术领域，具体涉及一种基于GGI/GPS/INS的组合导航系统。

背景技术

目前，导航系统已经深入到生活中，应用该系统的领域也越来越多，我国也投入了大量的人力物力进行研究，在航空航天、交通运输、安全消防等领域有着广泛的应用前景。现有的导航系统和组合导航系统普遍存在着体积大、难以集成、精度较差等缺点，既难以满足微小型系统的发展需求，也不符合军工设备发展的迫切需要。

传统使用的导航系统(比如GPS导航系统、INS导航系统和天文导航系统等)和组合导航系统(比如GPS/INS组合导航系统、天文/INS组合导航等)很容易受到环境的改变而不能实现精确定位，在电磁波信号较弱甚至没有的时候，就无法对物体进行精准定位，比如室内定位。目前，市面上常用的室内定位技术有：红外线室内定位技术、超声波室内定位技术、蓝牙室内定位技术、Zig Bee 室内定位技术、WiFi室内定位技术、超宽带室内定位技术等，但这些定位方式限于其自身精度低、算法精度达不到等技术原因，从而无法实现精准定位。

当环境发生变化时，传统定位系统无法实现精准定位，有可能定位误差很大甚至不能定位。本申请提出的GGI/GPS/INS的三者组合导航系统能够在环境发生变化的情况下也能实现精准导航定位(其定位精准度几乎不受环境变化的影响)，很大程度上克服传统定位的不足，从而提高了精度。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种提高定位精度、定位精准度几乎不受环境变化影响的基于GGI/GPS/INS的组合导航系统。本发明的技术方案如下：

一种基于GGI/GPS/INS的组合导航系统，其包括：传感器模块、组合导航解算模块及实时显示模块；其中所述传感器模块包括惯性传感器模块和GPS卫星信号接收机模块；所述组合导航解算模块包括捷联导航模块、重力梯度辅助模块、非等间隔卡尔曼滤波模块以及位置和速度修正模块；惯性传感器模块，用于测量载体的角速度、加速度以及重力梯度信息；GPS卫星信号接收机模块，用于接收卫星发射信号；捷联导航模块，利用惯性传感器测得的角速度和加速度信息进行基于四阶龙格库塔算法的捷联导航解算，并利用重力梯度辅助模块输出的信息和非等间隔卡尔曼滤波模块输出的反馈信息进行校正，从而得到载体的速度、位置、加速度和姿态信息；位置和速度修正模块：利用捷联导航模块输出的速度和加速度信息计算卫星速度和位置的修正量，再结合GPS卫星接收机输出的卫星速度和位置信息输出修正后的卫星速度和位置信息；

重力梯度辅助模块：利用惯性传感器输出的重力梯度信息以及速度、位置信息，载体的速度、位置信息解算得到重力梯度导航系统的姿态信息；

非等间隔卡尔曼滤波模块：将捷联导航模块输出的导航速度、位置和姿态信息，修正后的卫星速度和位置信息以及重力梯度辅助模块的输出信息进行卡尔曼滤波得到反馈校正信息；所述实时显示模块用于显示捷联导航模块输出的速度、位置、加速度和姿态信息。

进一步的，所述捷联导航模块，利用惯性传感器测得的角速度和加速度信息

进行基于四阶龙格库塔算法的捷联导航解算具体包括：

建立东北天(ENU)导航坐标系，得到速度、位置和姿态的表达式；

速度的方程为：

位置的方程为：

姿态方程：

利用四阶龙格库塔算法，得到每个△t时间内的更新式S(t+△t)：将△t用T替换就得到一个周期内，捷联导航运算的更新式S(t+T)：再根据一个周期内捷联导航运算的更新式，得到每个捷联周期的速度、位置和姿态信息；同时，在非等间隔卡尔曼滤波模块输出的时刻，利用输出的反馈校正信息对对应的捷联导航解算输出的速度、位置和姿态信息进行校正。