[发明专利]一种基于惯性传感器的双星组合定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星导航系统组合定位技术，尤其涉及一种卫星/惯性组合导航系统中的双星组合定位方法。

背景技术

微机械惯性传感器导航系统(MEMS_INS)是一种低成本的导航系统，由于微机械陀螺的漂移误差要远远高于激光和光纤陀螺，无法长时间单独导航，一般应用于持续时间为几十秒的短期自主导航领域。GPS卫星导航系统虽然可以全天候、不受气象条件影响高精度导航及授时，但是容易遭受干扰，特别是在城市峡谷、桥洞及树丛环境中，容易出现卫星受遮挡而丢星、位置几何因子(PDOP)大的现象，当收星不足4颗卫星的时候，例如只有2颗卫星的情况下，单独使用的GPS导航系统便会无法定位而出现导航盲区。GPS接收机在收星不足4颗的情况下，是不进行导航定位的，白白浪费掉了收到的低于4颗卫星的观测信息，也是极为可惜的。

目前，在GPS收星大于4颗星的情况下的MEMS惯性/卫星组合导航系统已很常见，这类组合导航系统在GPS收星不足4颗星的情况下，就直接降级为纯惯性导航，并没有利用GPS已经收集到的不足4颗卫星的测量信息。该方法在没有GPS的有效校正的情况下导航误差会急剧发散，难以满足GPS少星情况下高精度可靠导航的需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于惯性传感器的双星组合定位方法，采用低精度的微机械惯性传感器作为微惯导系统的惯性测量单元，通过对微机械惯性传感器的误差进行在线抑制和补偿，将微机械惯性传感器与卫星导航系统进行一体化集成设计；在双星环境下，利用卫星导航系统获取的观测量，给双星组合定位导航系统的卡尔曼滤波器提供实时的伪距和伪距率观测信息，修正微机械惯导的定位误差，解决双星环境下卫星导航系统出现导航盲区的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)实时采集微机械惯性测量单元原始测量信息，包括X轴陀螺角速率、Y轴陀螺角速率、Z轴陀螺角速率、X轴加速度计比力、Y轴加速度计比力和Z轴加速度计比力；

2)对所述微机械惯性测量单元的原始测量信息依次进行均值滤波、中值滤波、零偏消除和数据滑动曲线拟合处理，对数据误差进行实时在线抑制；

3)采用惯性导航等效旋转矢量四子样高动态算法及零速校正方法对所述误差抑制后微机械测量信息进行捷联解算，实现MEMS惯性导航功能；

4)利用MEMS惯性导航的航位推算特性建立双星组合定位系统的误差模型；

5)实时采集GPS输出的双星观测量信息，包括卫星伪距、卫星伪距率、卫星ECEF坐标系X轴位置、卫星ECEF坐标系Y轴位置、卫星ECEF坐标系Z轴位置、卫星ECEF坐标系X轴速度、卫星ECEF坐标系Y轴速度、卫星ECEF坐标系Z轴速度；

6)运用卡尔曼滤波方法对双星组合定位的误差模型进行时间更新和量测更新，其中时间更新按照MEMS惯性导航的频率进行更新，量测更新按照GPS观测量的频率进行更新；

7)对所述卡尔曼滤波误差进行捷联解算反馈校正，获得双星组合定位结果。

本发明的有益效果是：将微机械惯性传感器与卫星导航系统进行一体化集成设计，减小卫星组合导航系统体积，降低系统材料成本；在双星环境下，利用卫星导航系统获取的观测量，给双星组合定位导航系统的卡尔曼滤波器提供实时的伪距和伪距率观测信息，修正微机械惯导的定位误差。本发明简单易行，实时性强，有效增强了卫星导航系统在少星环境下的适用性。

附图说明

图1是本发明的具体实施流程图。

具体实施方式

本发明包括以下步骤：

1)实时采集微机械惯性测量单元原始测量信息；

说明：原始测量信息包括：X轴陀螺角速率、Y轴陀螺角速率、Z轴陀螺角速率、X轴加速度计比力、Y轴加速度计比力、Z轴加速度计比力。

2)对所述微机械原始测量信息进行数据实时在线误差抑制；

说明：对所述微机械惯性测量单元的原始测量信息依次进行均值滤波、中值滤波、零偏消除和数据滑动曲线拟合处理，对数据误差进行实时在线抑制。

3)对所述误差抑制后的微机械测量信息进行捷联解算，实现微惯性导航功能；

说明：采用惯性导航等效旋转矢量四子样高动态算法及零速校正方法对所述误差抑制后微机械测量信息进行捷联解算，实现MEMS惯性导航功能。

4)从所述微惯性导航特性中提取并建立双星组合定位的误差模型；

说明：利用微机械惯导的航位推算特性建立双星组合定位系统的误差模型。

5)实时采集GPS输出的双星观测量信息；