[发明专利]一种骑行码表设备及骑行码表初始姿态自动校准方法

说明书

本发明属于人力骑行码表便携设备技术领域，具体公开一种骑行码表设备及骑行码表初始姿态自动校准方法，包括获取GPS测量的经纬度数值以及IMU测量的加速度和角增量数值；将其分别与预设GPS和IMU状态参数相比较，不断解算满足GPS状态为可用或IMU状态为静置时的航偏角、速度矢量、横滚角和俯仰角；当GPS状态为可用且IMU状态为静置时，将解算得到的航偏角、速度矢量、横滚角和俯仰角作为码表初始姿态输出，完成自动对准。通过在惯导静置状态解算得到初始俯仰角和横滚角，再利用GPS反算得到航向和速度，在解算完成俯仰角和横滚角的时间到GPS反算航向的时间内，俯仰角和横滚角通过实时采集的IMU数据进行更新，从而确保初始状态解算数值的准确性。

技术领域

本发明属于人力骑行码表便携设备技术领域，具体地说涉及一种骑行码表设备及骑行码表初始姿态自动校准方法。

背景技术

现有GPS定位受到的局限性较大，信号容易受到树木、楼宇等地物的遮挡，同时多径效应也时有发生，因此码表利用GPS定位时存在定位结果可信度和鲁棒性低的问题；在GPS码表结合惯导系统后，惯导系统虽然可以与GPS构成多传感器定位系统，但是惯导系统需要较为精确的初始姿态(经纬度位置、三轴姿态角、导航坐标系下的三维速度)，由于码表为自由拆卸设备(与固定位置的车载导航系统不同)，每次安装码表的位置不同会导致初始姿态数据的不同，因而在码表每次开启导航时，难以在短时间内准确的标定码表的初始姿态，通常需要借助外部API接口或者更多的传感设备，设备配置成本较高。

因此，现有技术还有待于进一步发展和改进。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种骑行码表设备及骑行码表初始姿态自动校准方法。本发明提供如下技术方案：

一种骑行码表初始姿态自动校准方法，包括：

获取GPS测量的经纬度数值以及IMU测量的加速度和角增量数值；

将经纬度数值和加速度、角增量数值分别与预设GPS和IMU状态参数相比较，不断解算满足GPS状态为可用或IMU状态为静置时的航偏角速度矢量横滚角θ和俯仰角γ；

当GPS状态为可用且IMU状态为静置时，将解算得到的航偏角速度矢量横滚角θ_i和俯仰角γ_i作为码表初始姿态输出，完成自动对准。

进一步的，航偏角的计算方法包括：当GPS状态为可用时，获取经纬坐标并将其转为空间大地坐标，在空间大地坐标内不断滑动窗口，选取满足精度要求的位置序列反算航偏角。

进一步的，在空间大地坐标内不断滑动窗口，选取满足精度要求的位置序列反算航偏角的方法包括：基于转换的空间大地坐标，获取预设窗口范围内连续历元的平面坐标时间序列，基于平面坐标时间序列内相邻两坐标进行航向反算得到方向序列和对应的均方误差，若均方误差小于预设精度阈值，则基于方向序列进行航偏角反算；若均方误差大于预设精度阈值，则预设窗口前进一个步长单位，重新获取新的平面坐标时间序列进行反算。

进一步的，选取满足精度要求的位置序列反算航偏角的方法包括：

获取位置序列z_i＝{(x,y,z)_k|k＝i,i+1,...,i+n}，其中，i为位置序列对应的起始时间历元，(x,y,z)对应的坐标系是东北天地理坐标系；

将位置序列坐标投影到平面上得到平面坐标集合

pos_i＝{(x,y)_k|k＝i,i+1,...,i+n}；

将平面坐标集合整理得到方程组：