[发明专利]一种卫星惯性导航方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及导航设备和导航方法，特别是涉及一种卫星惯性导航设备及其导航方法。

背景技术

导航设备广泛应用在道路机动车上。导航设备一般根据卫星定位信号和电子地图为机动车提供起点至目的地的路线指引。在高楼密集区、隧道等这类环境，由于存在信号多路径干涉及信号被遮挡较大，卫星信号会变得很弱甚至接收不到卫星信号，因此称这些地方为卫星定位盲区。在卫星定位盲区内导航设备因接收不到卫星信号而无法定位导航。

发明内容

基于此，有必要提供一种在卫星定位盲区内可继续提供导航信息的卫星惯性导航设备及其导航方法。

一种高精度卫星惯性导航方法，包括步骤：

利用卫星定位模块获得载体的卫星定位信息；

利用惯性测量组件获得载体的速度信息和相对转动角速度；

根据所述速度信息和相对转动角速度计算所述载体相对前一计算周期获得的卫星惯性导航结果的相对位移矢量；

所述卫星惯性导航方法还包括步骤：

利用卫星定位模块获得反映卫星定位质量的数据；

根据所述反映卫星定位质量的数据信息计算卫星信号接收质量评估因子；

建立扩展卡尔曼滤波系统，根据所述评估因子融合所述卫星定位信息和相对位移矢量，获得卫星惯性导航结果；以及

根据所述卫星惯性导航结果和电子地图数据在显示器上显示电子地图及导航图像。

在优选的实施例中，所述的卫星惯性导航方法还包括在所述评估因子大于或等于预设值时，根据所述卫星惯性导航结果和所述相对位移矢量计算所述惯性测量组件的校正参数的步骤。

在优选的实施例中，所述卫星定位模块可选自北斗卫星定位模块，GPS卫星定位模块、欧洲伽利略卫星定位模块、北斗-GPS双模卫星定位模块、北斗-伽利略双模卫星定位模块、北斗-GPS-伽利略三模卫星定位模块；所述反映卫星定位质量的数据至少包括卫星信号的可用性电文信息和卫星信号强度信息。

在优选的实施例中，所述建立扩展卡尔曼滤波系统，根据所述评估因子融合所述卫星定位信息和相对位移矢量的步骤包括：

建立第一扩展卡尔曼滤波子系统，根据所述评估因子和卫星定位信息计算出第一局部状态向量估计及第一局部误差协方差矩阵；

建立第二扩展卡尔曼滤波子系统，根据所述评估因子和相对位移矢量计算出第二局部状态向量估计及第二局部误差协方差矩阵；

根据所述第一局部状态向量估计、第一局部误差协方差矩阵、第二局部状态向量估计及第二局部误差协方差矩阵计算全局误差协方差矩阵和全局状态向量，并根据全局状态向量生成卫星惯性导航结果；以及

将所述全局误差协方差矩阵和全局状态向量反馈给第一和第二扩展卡尔曼滤波子系统，其中所述全局误差协方差矩阵在反馈时根据下一轮迭代的所述评估因子按比例放大反馈。

在优选的实施例中，所述建立第一扩展卡尔曼滤波子系统的步骤包括：

设定状态向量                                               、惯性变换矩阵和观测向量，其中和分别表示地球上西东走向的位置坐标及南北走向的位置坐标，，

其中观测向量与状态向量间的转换用函数来表示，则导出对的偏导雅可比矩阵；

设定往前递推状态向量；

设定往前递推误差协方差矩阵，表示第一扩展卡尔曼滤波子系统的过程激励噪声协方差矩阵；

计算卡尔曼增益，表示第一扩展卡尔曼滤波子系统的测量噪声协方差矩阵；

使用观测向量更新第一局部状态向量估计 ；

更新第一局部误差协方差矩阵。

在优选的实施例中，所述建立第二扩展卡尔曼滤波子系统的步骤包括：

设定状态向量、惯性变换矩阵和观测向量，其中和分别表示地球上西东走向的位置坐标及南北走向的位置坐标，，和分别为所述相对位移矢量中的相对转动角度和相对移动距离；

其中观测向量与状态向量间的转换用函数来表示，则导出对的偏导雅可比矩阵；

设定往前递推状态向量；

设定往前递推误差协方差矩阵，表示第二扩展卡尔曼滤波子系统的过程激励噪声协方差矩阵；

计算卡尔曼增益，表示第二扩展卡尔曼滤波子系统的测量噪声协方差矩阵；

使用观测向量更新第二局部状态向量估计；

更新第二局部误差协方差矩阵。

在优选的实施例中，所述计算全局误差协方差矩阵和全局状态向量的方法包括：