[发明专利]一种基于地图匹配的车载捷联惯导行进间精对准方法

说明书

技术领域

本发明涉及导航技术领域，尤其涉及一种基于地图匹配的车载捷联惯导行进间精对准方法。

背景技术

高精度车载捷联惯性导航系统在进入导航状态之前都需要进行初始对准，即获得系统的初始方位和水平姿态。初始对准是进行捷联惯性导航的前提，通常初始对准分为初始粗对准和初始精对准。粗对准中通过测量重力加速度和地球自转角速度估计出载体坐标系到导航坐标系的变换矩阵，精对准中常常利用卡尔曼滤波器对姿态误差角和航向误差角进行估计，其中主要是航向误差角的估计。载车在静止状态下的初始对准称为静态对准，载车在行驶状态下的初始对准称为行进间对准，行进间对准一般都需要引入外部参考速度和位置信息。目前中国多数车载定位定向设备采用静态对准,但行进间对准不需要专门的准备时间，能够适应武器系统的快速性要求。初始对准的精度和快速性直接影响系统的导航精度、快速反应和机动性能，研究车辆快速粗对准后的行进间精对准具有重要意义。行进间精对准通常采用捷联惯导与其它外部测速传感器(多采用里程计)组合的方式实现。但这种方式存在随着对准时间增长方位角发散、方位对准精度低和对准时间长的问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于地图匹配的车载捷联惯导行进间精对准方法，用以解决现有车载捷联惯导行进间精对准存在的随着对准时间增长方位角发散、方位对准精度低和对准时间长的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种基于地图匹配的车载捷联惯导行进间精对准方法，包括以下步骤：

步骤一、车辆在出发点进行快速粗对准；

步骤二、车辆行驶同时进行地图匹配，得到用于航位推算的定位点；

步骤三、车辆行驶一段时间后，检查地图定位数据是否有效，若无效，则返回步骤二；若有效，则进入步骤四；

步骤四、以地图匹配获得的定位点作为路标点开始航位推算；

步骤五、利用航位推算轨迹相似性原理进行航向误差角的迭代估计，迭代修正航向角。

进一步地，所述快速粗对准依靠捷联惯导测量的重力加速度g和地球自转角速度ω_ie，直接估算出从载体坐标系到导航坐标系的变换矩阵

进一步地，步骤二中，所述地图匹配分为两个独立的过程：寻找车辆当前行驶的道路和将定位点投影到车辆行驶的道路上。

进一步地，所述将定位点投影到车辆行驶的道路上，包括：

1)预处理：对定位原始数据进行数据平滑和粗差剔除；

2)路段搜索：采用迭代多分辨率移动相关法在地图数据库中搜索到与行车轨迹段对应的路段；

3)曲线投影：采用最小二乘法来辨识出捷联惯导定位轨迹曲线与数字地图曲线之间的一个旋转参数、一个尺度参数和两个平移参数，使得变换后两曲线间对应点的距离平方和最小；

4)定位修正：引入数字地图定位点和捷联惯导定位点进行组合导航卡尔曼滤波的融合补偿方法，对存在的垂直道路的横向误差进行定位修正。

进一步地，步骤三中，所述车辆行驶时间为6到10分钟。

进一步地，步骤四中，所述航位推算由捷联惯导和里程计组成的航位推算系统来完成，推算过程包括位置更新和姿态更新；将所述捷联惯导提供的姿态、航向信息和所述里程计提供的速度或者里程信息相结合，进行车辆相对于起始点相对位置的推算。

进一步地，步骤五中，所述迭代估计包括以下步骤：

1)以公式和公式进行δψ与δK_D的初步估计，并以此修正初始时刻的航向角ψ与里程计刻度系数K_D；所述δψ为航向误差角，δK_D为里程计刻度系数误差，所述为起始点到路标点的矢量水平投影，为航位推算矢量水平投影，N为初步估计选取位置点的个数，i＝1,…,N；

2)再次调取存储的N个位置点处的角速度、比力和速度信息，重新进行捷联解算与航位推算，以新推算航位位置结果再次估计航向误差角δψ与里程计刻度系数误差δK_D，修正航向角ψ与里程计刻度系数K_D；

3)通过连续的迭代计算，将误差带来的影响消除至最小。

本发明有益效果如下：

本发明以地图匹配辅助的迭代精对准航向的对准精度高，该对准方法在车辆行进间进行，具有较高的方位对准精度和对准过程中的定位精度，大大节省了初始对准时间，从而提高车辆系统的导航精度、快速反应和机动性能。

附图说明