[发明专利]基于运动检测的机场飞行区车辆差分北斗/SINS组合导航方法

说明书

本发明公开了基于运动检测的机场飞行区车辆差分北斗/SINS组合导航方法，当卫星信号有效时，利用GNSS输出实时车辆速度和位置校正SINS误差，一旦检测到卫星信号失效，本发明提出利用SINS输出车辆运动信息实现运动状态在线检测，包括：停车、直线行驶以及拐弯行驶三种状态，并切换组合导航系统至对应的辅助约束模式，分别对应零速修正、动态零速修正或仅时间更新的动态零速修正三种运动学约束模式，同时，为了提高车辆运动状态检测准确率，本发明利用Vondrak滤波器对SINS输出角速度和加速度进行平滑预处理并通过计算SINS输出角速度、加速度以及速度信息联合广义似然函数实现车辆运动状态检测，保证飞行区车辆定位结果鲁棒性和连续性。

技术领域

本发明涉及卫星导航/惯性导航融合领域，具体涉及一种基于运动检测的机场飞行区车辆差分北斗/SINS组合导航方法。

背景技术

近年来，我国航空业迅速发展，机场飞行区作业车辆数量随之急剧增加，建立飞行区车辆监控管理系统有利于实现车辆可视化、数字化以及精细化管理。实现车辆监控管理的前提是车载导航系统能够实时、准确地提供车辆的行驶态势信息。车载导航定位系统中组合使用捷联式惯性导航系统(SINS，Strapdown Inertial Navigation System)与全球卫星导航系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)可以实时获得车辆行驶速度、位置以及姿态等信息。我国北斗导航系统已完成全球组网建设，正逐步推进其在民航领域中的应用，差分北斗与SINS融合后将为飞行区车辆提供高精度定位服务。卫星信号有效时，利用SINS输出车辆运动信息与GNSS进行数据融合，能够获得车辆行驶最优速度、位置等参数。一旦车载卫星信号受到遮挡，比如，飞行区车辆经过廊桥、屋檐或者隧道等区域，卫星信号会出现短时间不可用情形，此时GNSS无法提供车辆速度与位置信息，SINS由于受惯性测量单元(IMU，Inertial Measurement Unit)漂移、安装误差等因素影响，其位置误差会随着时间积累，无法保证车载导航系统定位结果的连续性。

为了提高车载组合导航系统在卫星信号受限环境下定位结果的连续性，许多学者开展了相关研究工作，主要集中在以下3个方面。一是增加辅助传感器，如里程计、地图数据或磁强计，以便在GNSS卫星信号中断期间提供外部观测量。然而，此方法需要外部传感器来校正SINS误差，这不仅限制了导航系统的应用范围，而且增加了成本和系统复杂性。另一种解决方案是基于非线性滤波技术，比如：使用Sigma点Kalman滤波器或粒子滤波器来校正GNSS中断期间的SINS误差。这些方法只有在建立了精确的非线性运动学模型后，才能有效地估计SINS累积误差。除此之外，许多学者研究通过增加速度、姿态或高度约束来抑制GNSS卫星信号失效时的SINS累积误差，比如：零速修正技术、动态零速修正技术等。零速修正技术只适用于车辆完全静止状态，而动态零速修正技术对于直线行驶的车辆具有较好地抑制效果。车载组合导航系统GNSS卫星不可用时选择一种适合的误差修正技术是目前车载组合导航研究领域难点之一，同时，如何根据SINS输出信息准确检测车辆行驶状态也是目前该领域的一个难点。

发明内容

发明目的：为了提高机场飞行区车载差分北斗/SINS组合导航系统在GNSS卫星信号衰弱、断续甚至中断时的导航精度，提供了一种基于运动检测的机场飞行区车辆差分北斗/SINS组合导航方法，有效提升了车载组合导航系统复杂路况环境下的定位精度。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于运动检测的机场飞行区车辆差分北斗/SINS组合导航方法，包括以下步骤：

S1：根据差分北斗导航系统接收机输出卫星信号判断当前导航信息是否有效，如果北斗卫星信号有效，组合导航滤波器根据接收机输出车辆速度和位置信息进行卡尔曼(Kalman)滤波器更新，并反馈校正SINS；