[发明专利]一种基于加速度匹配的航向快速初始化方法、电子设备、存储介质

说明书

本发明提供一种基于加速度匹配的航向快速初始化方法，包括步骤：计算GNSS水平速度，计算GNSS水平加速度，航姿算法计算IMU俯仰角、横滚角和航向角、计算MEMS‑IMU水平加速度，选取加速度匹配区间，水平合加速度模值相关性匹配计算GNSS加速度时间延迟，匹配区间内计算航向角，匹配区间内关联航向角度变化量精化航向值，基于精化航向值与航姿算法推算航向变化量计算任意时刻航向值。本发明涉及电子设备和存储介质，用于执行一种基于加速度匹配的航向快速初始化方法。本发明不需要对IMU的安装和载体运动方式做任何限制，可用性强，不受环境磁干扰，无需复杂校准。

技术领域

本发明涉及GNSS/MEMS-INS组合定位技术领域，尤其涉及一种基于加速度匹配的航向快速初始化方法、电子设备、存储介质。

背景技术

GNSS/MEMS-INS组合定位技术可确定RTK接收机的姿态和位置，高精度位置信息由RTK定位技术获取，而姿态信息需要GNSS/MEMS-INS组合解算得到。一旦确定高精度的姿态信息，就可以进行高精度的RTK倾斜测量作业。GNSS/MEMS-INS组合解算需要完成初始对准工作，即完成对载体姿态三个欧拉角的确定，包括航向角ψ、俯仰角θ和横滚角γ。

初始对准工作包括水平姿态对准和航向对准两部分，水平姿态对准确定俯仰角θ和横滚角γ，航向对准确定航向角ψ。水平姿态对准比较简单，可由加速度计在载体处于静止状态下基于比力方程推导计算得到。低速状态下也可由加速度计和陀螺仪基于航姿参考系统AHRS(Attitude Heading Reference System)算法滤波实现。航向对准比较复杂，MEMS惯导系统在导航初始化时，由于陀螺精度太低，不能完成方位自主对准，而只能采用地磁测量来实现，或在运动条件下依靠卫星导航测量信息完成对准。

传统的MEMS-INS航向对准方法，主要方法有以下几种：(1)基于地磁测量实现航向对准；(2)基于水平位置匹配实现航向对准。当载体行进方向与载体纵轴方向保持一致时，利用GNSS定位技术推算出载体行进方向的位置变化矢量，即可确定载体航向角；(3)基于水平速度匹配实现航向对准。当载体行进方向与载体纵轴方向保持一致时，利用GNSS测速技术估计载体在载体导航系(n系)下的速度矢量即可确定载体航向角。(4)基于GNSS速度计算加速度匹配实现航向对准。利用GNSS速度计算加速度，与IMU加速度匹配计算载体航向角，该方法主要应用于无人机等运动复杂度较低场景。

上述方法存在以下问题：(1)基于地磁测量实现航向对准原理比较简单，实现也不复杂，但操作较为麻烦，需要在作业前进行地磁参数校准(例如椭球校准)，一般情况下地球磁场强度较小，地磁测量设备容易受到环境磁场干扰。在实际作业过程中环境磁场复杂多变，不同作业区域的磁场校准参数会有差异，基于地磁测量实现航向对准存在精度不稳定的问题。

(2)基于水平位置匹配实现航向对准，该方法要求载体行进方向与载体纵轴方向保持一致，限制了RTK作业方式，用户体验不好。常规的RTK作业，GNSS接收机一般安置在手持的对中杆上。

(3)基于水平速度匹配实现航向对准，该方法要求载体行进方向与载体纵轴方向保持一致，但在实际RTK作业中，载体前进方向与载体纵轴之间角度随时可能发生变化，利用GNSS测速技术计算的速度矢量得到航向角并非真实的载体航向角。

(4)基于GNSS速度计算加速度实现航向对准，该方法利用GNSS速度计算的加速度和IMU加速度进行匹配得到载体航向角，不需要前进方向与载体方向一致。但GNSS速度输出本身含有延迟，并且利用GNSS速度计算加速度含有噪声。在RTK应用场景中，由于手持设备运动方式比较复杂，并且加速度区间较短，而且加速度较小，该方法计算精度较低。

因此，想要在RTK应用中快速高精度的实现GNSS/MEMS-INS组合航向对准，上述方法难以满足。

发明内容