[发明专利]一种GNSS双天线辅助的车载MEMS惯导组合导航方法

摘要

本发明涉及一种GNSS双天线辅助的车载MEMS惯导组合导航方法，其中，包括：MEMS惯导的位置，则可由GNSS提供，MEMS惯导的速度MEMS惯导进行导航解算；建立捷联惯导误差模型；建立观测误差模型；采用卡尔曼滤波对MEMS惯导误差进行估计；进行MEMS惯性导航误差校正；重复上述步骤，完成组合导航循环递推解算。本发明一种GNSS双天线辅助的车载MEMS惯导组合导航方法，在信息融合过程中，有GNSS观测值时采用反馈校正，无观测值时采用输出校正的方法，使组合导航系统能持续工作，不发散。

主权项

1.一种GNSS双天线辅助的车载MEMS惯导组合导航方法，其特征在于，包括：MEMS惯导的位置，则可由GNSS提供，MEMS惯导的速度，由于载体处于静止状态，则速度为0，MEMS惯导能敏感到载体的角运动和线运动，角速度为比力为f^b，输出俯仰角为θ_GNSS，记输出的航向角为输出的位置为p_GNSS＝[L_GNSS λ_GNSS h_GNSS]，L_GNSS为GNSS输出的纬度，λ_GNSS为GNSS输出的经度，h_GNSS为GNSS输出的高度，记输出的速度为v_GNSS＝[v_GNSS,E v_GNSS,N v_GNSS,U]^T，v_GNSS,E为GNSS输出的东向速度，v_GNSS,N为GNSS输出的北向速度，v_GNSS,U为GNSS输出的天向速度；MEMS惯导进行导航解算包括：进行MEMS惯导位置速度姿态解算，已知k‑1时刻MEMS惯导解算出的位置p_k‑1＝[L_k‑1 λ_k‑1 h_k‑1]^T，其中L_k‑1为k‑1时刻的纬度、λ_k‑1为k‑1时刻的经度、h_k‑1为k‑1时刻的高度，速度其中，为k‑1时刻的东向、为k‑1时刻的北向以及为k‑1时刻的天向速度，姿态矩阵MEMS惯导输出的角速度比力则k时刻速度更新公式为：k时刻位置更新为:其中，T为采样周期，当a＝[a_x a_y a_z]^T时，符号(a×)的意义为:RMh,k‑1＝RM,k‑1+hk‑1，RNh,k‑1＝RN,k‑1+hk‑1；g_k‑1＝g₀(1+β₁sin²L_k‑1+β₂sin⁴L_k‑1)‑β₃h_k‑1；g₀＝9.7803267714，R_e＝6378137；f＝1/298.257，ωie＝7.2921151467E‑5；β1＝5.27094×10‑3,β2＝2.32718×10‑5,β3＝3.086×10‑6；k时刻的姿态四元数更新公式为:由k时刻姿态四元数求得k时刻姿态矩阵建立捷联惯导误差模型包括：以捷联惯导位置误差、速度误差、姿态误差及陀螺常值漂移和加速度零偏为状态量，建立捷联惯导误差模型：其中，φ＝[φ_x φ_y φ_z]^T，φ_x为俯仰角误差，φ_y为横滚角误差，φ_z为航向角误差；为东向速度误差，为北向速度误差，为天向速度误差；δp＝[δL δλ δh]^T，δL为纬度误差，δλ为经度误差，δh为高度误差；ε＝[ε_x ε_y ε_z]^T，ε_x为X陀螺常值漂移，ε_y为Y陀螺常值漂移，ε_z为Z陀螺常值漂移；为X轴加速度计零偏，为Y轴加速度计零偏，为Z轴加速度计零偏；w_g＝[w_gx w_gy w_gz]^T，w_gx为X陀螺随机噪声，w_gy为Y陀螺随机噪声，w_gz为Z陀螺随机噪声；w_a＝[w_ax w_ay w_az]^T，w_ax为X加速度计随机噪声，w_ay为Y加速度计随机噪声，w_az为Z加速度计随机噪声，设w的方差为Q：M₂＝M′+M″，M₄＝(vⁿ×)(2M′+M″)；03×3表示一个3×3维的全零矩阵，对误差方程进行离散化处理，则k时刻离散化方程为：Xk＝Fk‑1Xk‑1+Gk‑1wk‑1；其中，T为离散时间间隔，I_m表示m×m维的单位矩阵，A(t_k‑1)和G(t_k‑1)通过将k‑1时刻MEMS惯导输出的角速度比力以及解算的位置p_k‑1、速度以及姿态矩阵代入到A和G计算得到，w_k‑1为k‑1时刻离散化后的系统噪声，其方差为Q_k‑1＝Q·T；建立观测误差模型，包括：系统的观测方程选择位置误差、速度误差、俯仰角误差和航向角误差，则有Zk＝HkXk+υk；其中，θ_k为k时刻MEMS惯导解算的俯仰角，为k时刻MEMS惯导解算的航向角，从k时刻解算出的姿态矩阵中提取出来，θ_GNSS,k为k时刻GNSS双天线系统输出的俯仰角，为k时刻GNSS双天线系统输出的航向角，υ_k为观测噪声，方差为R_k；采用卡尔曼滤波对MEMS惯导误差进行估计；进行MEMS惯性导航误差校正；重复上述步骤，完成组合导航循环递推解算。