[发明专利]一种基于GNSS与INS的自适应导航定位系统及方法

摘要

本发明公开了一种基于GNSS与INS的自适应导航定位系统及方法，包括GNSS接收机、IMU惯性测量单元、捷联惯导解算模块、PDR行人航迹推算模块、导航定位融合模块和电源模块，GNSS接收机将定位信息和卫星信息发送至导航定位融合模块，所述IMU惯性测量单元将导航定位信息依次通过捷联惯导解算模块、PDR行人航迹推算模块发送至导航定位融合模块，所述导航定位融合模块进行GNSS与INS导航定位信息进行融合后输出。与现有技术相比，本发明可实现导航定位的平滑切换，且易于实现，容易移植到低成本处理器上。实现了PDR步长估计K值自适应、自校准，增加在PDR中的导航定位精度。

主权项

一种基于GNSS与INS的自适应导航定位系统，其特征在于：包括GNSS接收机、IMU惯性测量单元、捷联惯导解算模块、PDR行人航迹推算模块、导航定位融合模块和电源模块，所述GNSS接收机将定位信息和卫星信息发送至导航定位融合模块，所述IMU惯性测量单元将导航定位信息依次通过捷联惯导解算模块、PDR行人航迹推算模块发送至导航定位融合模块，所述PDR行人航迹推算模块通过采集GNSS的导航定位信息进行PDR步长自适应校准，所述导航定位融合模块进行GNSS与INS导航定位信息进行融合后输出；方法步骤如下：1)GNSS定位信息、卫星信息获取获取GNSS接收机上报的定位信息、卫星信息，解析协议，缓存定位信息、卫星姿态、卫星信号信噪比、卫星数据有效性，GPS定位信息按时间1秒整合为序列[Tk,Lok,Lak]；2)INS定位信息计算利用PDR步长估计自适应算法，计算行人惯性测量信息，并做30秒内的缓存，按时间1秒整合为序列[Tk,pk,yk]，其中pk为行人单步步长信息，yk为航向信息；其中进行PDR步长估计自适应算法的方法步骤如下：a)捷联惯导解算通过AHRS航姿参考系统计算，得到载体航向、横滚、侧翻角度信息，再由坐标系旋转计算得到本地重力加速度方向的加速度矢量和；b)PDR跨步检测对计算得到的重力加速度方向的加速度矢量和，以3Hz为截至频率设计数字低通滤波器，并进行数字低通滤波后，得到行人在重力加速度方向上的加速度变化；对行人在重力加速度方向上变化的加速度进行峰值检测，并计算邻近极小值与极大值之差的绝对值，该绝对值若超过阈值则可判定为跨步动作，记录跨步动作发生的时间、极小值、极大值，形成序列c)GNSS定位下实际步长统计GNSS接收机的通常信息输出频率为1Hz，对于每个GNSS定位信息记录时间、经度、纬度，形成序列[Tm,Lom,Lam]，Lo为经度，La为纬度；d)PDR步长估计自适应将序列[Tm,Lom,Lam]做相应计算与调整，根据经纬度与地理距离的换算可以得到新序列[Tsm,Tem,Sm]，其中Ts为起始时刻、Te为结束时刻、S为行人在Ts时刻与Te时刻间的直线距离，根据序列可以得到序列[Tsm,Tem,Sm]每个元素所包含的PDR跨步检测信息，对Tsm，Tem，Sm，在序列中，计算跨步时刻在[Tsm,Tem]范围内的所有跨步步长比例值序列[Pk]，其中按照比例关系对移动距离Sm进行分配：进而得到序列[sk]；其中，是第k步中垂直方向上的最大加速度，是第k步中垂直方向上的最小加速度；根据PDR步长估计公式：即ρk＝K·Pk处理步骤可得到了[ρk]＝[sk]、与[Pk]，再利用最小二乘法，可拟合出常数K的最优的解；3)INS定位更新策略根据PDR步长估计自适应算法得到的行人惯性测量信息序列[Tk,pk,yk]，结合T1时刻的GNSS定位信息，可得到PDR行人定位坐标序列[Tk,PLok,PLak]；4)GNSS/INS切换策略判定GNSS接收机定位是否有效，不能仅使用定位有效的提示，需要联合卫星信息综合判断，当卫星数量、卫星信号信噪比低于阈值时，将定位方式切换为INS。