[发明专利]一种车载多模式组合导航系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及导航技术领域，尤其涉及一种车载多模式组合导航系统及方法。

背景技术

在车辆导航领域，惯性导航系统由于完全自主的特点被广泛应用于提供车辆的定向和定位信息。由于惯性器件(陀螺和加速度计)存在随机漂移的特性，因此惯性导航系统具有定向和定位误差随时间增长的特性。为满足车辆中高精度定位导航的使用需求，通常利用车辆外围的辅助设备如里程计、高程计、卫星定位装置等，与惯性导航系统组成组合导航系统，以抑制惯性导航系统的误差发散，实现长时间高精度的导航定位。

在中高精度需求的车载组合导航系统中，通常采用惯性/里程/高程计的组合导航方法，利用车载里程计信息提供车体前向和惯性导航系统进行航位推算，其典型特征为定位误差随行驶里程而增大，利用高程计信息抑制天向位置的发散；在配备导航卫星定位装置的车辆上，通常采用惯性/卫星的组合导航方法，其典型特性为定位精度可以持续保持在导航卫星定位精度水平，不随行驶里程和时间增大。在前述两种组合导航方案中，均为单模式导航系统，惯性/里程/高程计组合导航系统具有较高的自主性，但定位精度随行驶里程发散；惯性/卫星组合导航系统能维持较高的定位定向精度，但由于导航卫星接收天线容易受到干扰，组合导航状态容易中断。单模式组合导航系统在辅助设备信息无效情况下无法使用。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种车载多模式组合导航系统及方法，针对当前车载导航系统的实际需求，采用多模式组合导航方法，用于解决传统单模式组合导航系统在辅助设备无效情况下无法自主输出最优导航数据的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种车载多模式组合导航系统，包括惯性测量组合、导航卫星接收装置、高程计、里程计。所述车载多模式组合导航系统依据导航卫星接收装置、里程计、高程计的状态信息，具有惯性/卫星/高程计组合导航、惯性/里程计/高程计组合导航、惯性导航和卫星导航四种导航模式。

进一步地，所述导航模式的优先级依次为惯性/卫星/高程计组合导航、惯性/里程计/高程计组合导航、惯性导航和卫星导航，所述导航模式可按优先级自动切换。

进一步地，在所述惯性测量组合工作正常，导航卫星数据有效，高程计正常情况下，所述组合导航系统工作在惯性/卫星/高程计组合导航模式，所述导航导航卫星提供的时间信息、速度信息和位置信息作为外观测量，实时修正惯性测量组合的水平位置、速度和姿态矩阵；高程输出方式以高程计的高程变化量为主，当高程计输出野值时采用卫星导航高程输出进行解算。

进一步地，在导航卫星数据无效，里程计数据有效，高程计正常情况下，所述组合导航系统工作在惯性/里程计/高程计组合导航模式，系统主要以里程计的里程增量进行航位推算，同时采用Kalman滤波实时修正惯性测量组合的速度和姿态矩阵，估计里程计的航向安装误差和刻度系数；高程输出方式采用高程计的高程变化量进行解算。

进一步地，在所述惯性/卫星/高程计组合导航模式下，同时惯性/里程计/高程计组合导航为并行进行实时结算，速度输出以惯性/里程计/高程计组合导航为主。

进一步地，在导航卫星数据和里程计数据均无效，惯性测量组合正常的情况下，所述导航系统进行纯惯性导航。

进一步地，在惯性测量组合故障，导航卫星定位装置工作正常的情况下，系统采用卫星导航，系统的姿态角度和航向值均无效，位置、速度、高程采用导航卫星的数据。

一种车载多模式组合导航系统的导航方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、系统加电后进入自检，系统对惯性测量组合、卫星接收装置、高程计、里程计的故障状态进行检测；

步骤2、自检完成后，系统判断惯性测量组合是否故障，如果故障系统转入卫星导航模式，如果正常，则系统进行寻北运算。

步骤3、系统完成寻北运算后，转入导航状态，系统以2ms为一个周期进行判断和导航运算；

步骤4、系统判断导航卫星数据是否有效，如果有效系统进行惯性/卫星组合导航运算，如卫星数据无效，则退出惯性/卫星组合导航模式，系统进入下一步骤判断里程计是否正常。

步骤5、系统判断里程计是否正常，如果正常则系统进行惯性/里程计组合导航，如果里程计工作不正常，则退出惯性/里程计组合导航模式，系统进行惯性导航。

步骤6、依据导航运算结果和导航模式切换原则，系统给外部设备输出最优导航数据。