[发明专利]一种GNSS/SINS组合导航精确测速定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于惯性技术应用领域。尤其涉及一种可用于城市轨道交通、自动驾驶的惯性组合导航技术。

背景技术

中国首条自主产权的磁浮线长沙磁悬浮工程开通后，在运行中发现存在低速测速不准、停车定位不准确的问题。磁浮列车运行时车身悬浮在轨道之上，列车与轨道之间除了供电轨外无机械接触，因此传统列车上的基于机械接触的“轮轴脉冲传感器”“计轴”“信标”测速技术在磁浮列车无实体轮轨环境下，无法精确测出磁浮列车的速度，影响列车的停靠准确度，对磁浮列车的自动化程度及进一步发展造成制约。

现有的GNSS/SINS组合导航技术适用于包括无机械接触的全部轨道交通行业，但普通分体式组合导航精度较差。国内一体式组合导航系统方面研究较少，大多处于理论仿真阶段，未见工程应用的报道。加拿大的NovAtel公司已研制出了一种基于惯性/GPS的组合导航系统，其IMU精度为：陀螺漂移小于0.75°/h，加速度计零偏1mg，组合系统输出精度为：横滚、俯仰姿态为0.015°，航向为0.041°，速度为0.02m/s，位置为1.8m左右。在城市轨道交通运行中，卫星定位容易受到外界环境的干扰,高楼、封闭式站台、隧道及立交桥等会使卫星信号会变得很差甚至中断而无法定位，严重影响轨道交通列车测速及定位精度。

发明内容

本发明旨在提供一种GNSS/SINS组合导航精确测速定位方法，解决无实体轮轨传统列车采用传统测速方法无法精确测出列车速度的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种GNSS/SINS组合导航精确测速定位方法，包括以下步骤：

1)利用卫星定位模块获得的列车位置信息、惯性测量装置实时监测的列车行驶过程中的行驶速度、姿态变化量、位置变化量以及多个差分基站组网获取的冗余数据进行数据的时间、空间同步和误差建模；

2)利用信息融合算法完成导航参数的最优估计，得到IMU输出信息；所述导航参数包括上述列车位置信息、行驶速度、姿态变化量、位置变化量以及冗余数据；

3)对IMU输出信息进行校准，从而得出校正后的精确位置、速度和行驶方向信息；所述行驶方向包含列车的横滚、方位、俯仰三个姿态量。

步骤1)中，当前时刻列车位置信息计算公式为：

其中，t₁为运行延迟时间；λ、h分别为当前时刻测速系统输出的经度、纬度、高度；为当前时刻卫星定位模块输出的位置信息；[v₁ v₂ v₃]为当前时刻的上一时刻惯性测量装置输出的东向、北向以及天向速度信息。

本发明中，对IMU输出信息进行校准的具体实现过程包括：

1)由惯性测量装置获取的实时列车信息与卫星获取的位置信息，经卡尔曼滤波后得到误差估计矩阵；

2)由惯性测量装置实时提供的行驶速度、姿态变化量、位置变化量分别减去误差估计矩阵中所包含的速度误差信息、姿态误差信息、位置误差信息即为最终校准结果。

相应地，本发明还提供了一种GNSS/SINS组合导航精确测速定位系统，其包括：

采集模块，用于利用卫星定位模块获得的列车位置信息、惯性测量装置实时监测的列车行驶过程中的行驶速度、姿态变化量、位置变化量以及多个差分基站组网获取的冗余数据进行数据的时间、空间同步和误差建模；

估算模块，用于利用信息融合算法完成导航参数的最优估计，得到IMU输出信息；所述导航参数包括上述列车位置信息、行驶速度、姿态变化量、位置变化量以及冗余数据；

校准模块，用于对IMU输出信息进行校准，从而得出校正后的精确位置、速度和行驶方向信息。

所述校准模块包括：

滤波模块，用于对由惯性测量装置获取的实时列车信息与卫星获取的位置信息进行卡尔曼滤波后得到误差估计矩阵；

计算模块，用于由惯性测量装置实时提供的行驶速度、姿态变化量、位置变化量分别减去误差估计矩阵中所包含的速度误差信息、姿态误差信息、位置误差信息，得到最终校准结果。