[发明专利]基于双GNSS天线及单轴MEMS陀螺的前轮测角系统

权利要求书

1.基于双GNSS天线及单轴MEMS陀螺的前轮测角系统，其特征是：其由能安装于车辆车轮的单轴MEMS陀螺，能安装于车体两侧的两个GNSS接收机以及导航控制计算机组成；利用单轴MEMS陀螺和两个GNSS接收机对系统的每个部分测量一组运动信息数据，对每部分的运动信息数据进行信息处理获得主体的运动姿态信息和主体与转动机构之间的相对角运动信息；所述运动信息数据包括双GNSS天线系统测量系统主体的运动线速度，航向角信息，经纬度信息，运动部分MEMS陀螺测量相关子系统的转动角速度；GNSS天线和单轴MEMS陀螺完成各运动部分数据的采集，导航控制计算机对GNSS天线解算的速度进行杆臂误差补偿后代入卡尔曼滤波器模型，估计得到车轮相对于主体的转动角度，具体为：

单轴MEMS陀螺测量数据为车辆车轮在惯性系内的转向速度，包括车头的转向速度和车轮相对于车辆主体的相对转动速度，即车轮上安装的单轴MEMS陀螺的输出角速率为主体航向角变化速率和前轮转动速率 ：

；

通过对前轮安装的单轴MEMS陀螺输出结果进行积分得到前轮的转动角度，为航向角变化角度，为前轮相对车辆主体转动角度；

双GNSS天线系统接收卫星信号，得到车辆主体的前向运动线速度、航向角变化角度、车辆横滚角度信息；

通过对陀螺数据积分结果与双天线系统输出的航向角变化角度作差得到前轮相对车辆主体转动角度 ；

同时，利用双GNSS天线系统得到前轮的绝对转向角，主体航向角变化速率与前轮绝对转向角之间关系可表示为：

；

其中 为车辆轴距， 为主体航向角变化速率，由双天线系统输出的航向角数据实时微分得到；速度在计算时需要进行杆臂误差补偿，具体为：

GNSS天线与固定轴中心的杆臂 ，由双GNSS系统输出的车辆航向角及横滚角信息微分得到车辆主体航向角变化速率 和角速率 ，车辆行驶过程中俯仰角的变化忽略不计，车辆载体系到导航系间的坐标转换矩阵为：

；

车辆转动角速率；

则由杆臂造成的速度误差；

将GNSS天线测量的速度按照运动航向角方向分解到正东和正北两个方向，即，则经过杆臂误差补偿的速度为；

将速度在航向角方向上合成得到最终的速度信息；主体航向角变化速率与前轮绝对转向角 之间关系中使用的是经过杆臂误差补偿的速度；

最后，卡尔曼滤波器通过前轮绝对转向角与积分计算的前轮相对车辆主体转动角度之差；计出角度计算的误差，对角度进行校正。

2.根据权利要求1所述的基于双GNSS天线及单轴MEMS陀螺的前轮测角系统，其特征是：所述两个GNSS接收机安装在车体两侧，安装位置之间的直线垂直于车辆车头到车尾的中轴线；单轴MEMS陀螺，安装在车轮上，敏感轴垂直于地面。

3.根据权利要求1所述的基于双GNSS天线及单轴MEMS陀螺的前轮测角系统，其特征是：所述信息处理包括对双GNSS天线系统输出主体的运动速率、航向角及经纬度的信息处理；运动子系统安装的MEMS陀螺进行数据处理后积分获得转动角度信息，并与双GNSS输出信息进行组合卡尔曼滤波进行校正，输出高精度的转角信息。