[发明专利]GNSS/MEMS车载组合导航系统的误差标定、导航方法及其装置

说明书

本发明涉及定位定姿领域，公开了一种GNSS/MEMS车载组合导航系统的误差标定、导航方法及其装置。该GNSS/MEMS车载组合导航系统的误差标定方法包括：建立所述车载组合导航系统的误差状态方程和误差量测方程；根据卡尔曼滤波对所述误差状态方程和所述误差量测方程进行解算，得到所述安装角的误差估计值和所述杆臂的误差估计值，以反馈校正所述安装角和所述杆臂。本发明实施方式考虑MEMS传感器坐标系和车体坐标系安装不平行，以及MEMS传感器和虚拟参考点的杆臂，将安装角的误差和杆臂的误差作为状态向量进行估计，极大地降低了人工干预，提升了系统的适用性，为组合导航系统提供更加准确的约束信息。

技术领域

本发明涉及定位定姿领域，特别涉及一种GNSS/MEMS车载组合导航系统的误差标定和导航技术。

背景技术

随着半导体工艺的不断完善，微惯性导航系统(MEMS)取得巨大发展，广泛应用以手机、智能手环、无人机、辅助驾驶、室内定位等各类热门场景。MEMS传感器具有短期精度高、不易受干扰等优点，但误差会累积，因而常和其他传感器组合使用，如和GNSS芯片传感器组合，和视觉传感器的组合等，其中GNSS/MEMS组合是最常用的导航系统之一。

在V2X、手机VDR应用中，使用的MEMS具有成本低、精度差的特性。在面对城市峡谷的复杂环境中，GNSS容易受到干扰导致精度下降或者中断，低精度的MEMS更加容易出现误差发散，此类现象是GNSS/MEMS组合导航系统需要克服的挑战之一。

在车载应用中，通常的应对措施有：一增加额外的辅助增强手段，如引入车速信息，但会限制系统使用的灵活性，且增加了系统的复杂程度；二是利用车辆的运动学进行约束，在保证自主式导航的前提下，提高了导航精度，如零速修正、非完整性约束等。

非完整性约束以车辆行驶过程中车体坐标系下横向速度(右向速度)、天向速度的真值小于特定阈值(该阈值例如近似为零)作为假设前提，但由于MEMS传感器和车体之间存在安装偏差，因而MEMS传感器所在的载体坐标系下不满足该约束条件，因而需考虑二者之间的安装偏差角问题。另一方面，现有技术的做法中默认车辆内任何位置的点均满足非完整性约束，而当车辆发生大的机动，例如转弯时，即存在角运动时，车内各点的速度会存在较大差异，因而很多位置不满足非完整性约束条件，此时若不加区分，会造成状态量的发散，因而需要分析出车内最符合该约束条件的位置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种GNSS/MEMS车载组合导航系统的误差标定、导航方法及其装置，考虑MEMS传感器坐标系和车体坐标系安装不平行，以及MEMS传感器和虚拟参考点的杆臂，将安装角的误差和杆臂的误差作为状态向量进行估计，极大地降低了人工干预，提升了系统的适用性，为组合导航系统提供更加准确的约束信息。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种GNSS/MEMS车载组合导航系统的误差标定方法，所述车载组合导航系统包括GNSS传感器和MEMS传感器，所述方法包括：

建立所述车载组合导航系统的误差状态方程，所述误差状态方程包括安装角的误差状态向量、杆臂的误差状态向量，其中，所述安装角为MEMS传感器坐标系与车体坐标系之间的夹角，所述杆臂为MEMS传感器的位置与虚拟参考点之间的距离，所述虚拟参考点在车体坐标系的右向速度和天向速度小于阈值；

根据MEMS传感器的输出信息进行解算，转换得到MEMS传感器在车体坐标系中的位置、速度和姿态角；

根据非完整性约束以及所述MEMS传感器在车体坐标系中的位置、速度和姿态角，建立误差量测方程；

根据卡尔曼滤波对所述误差状态方程和所述误差量测方程进行解算，得到所述安装角的误差估计值和所述杆臂的误差估计值，以反馈校正所述安装角和所述杆臂。

本发明的实施方式还公开了一种GNSS/MEMS车载组合导航系统的误差标定装置，所述车载组合导航系统包括GNSS传感器和MEMS传感器，所述装置包括：