[发明专利]一种车载组合导航系统和定位方法

说明书

本发明提供一种车载组合导航系统，包括惯性测量器件，包括陀螺仪和加速度计；卫星导航模块、里程计和组合导航计算机，组合导航计算机与所述惯性测量器件、卫星导航模块、里程计均相连，且其上安装惯性导航子系统和卡尔曼滤波器；惯性导航子系统对惯性导航信号进行惯性导航解算得到惯性导航参数；卡尔曼滤波器可切换地以卫星导航模块提供的信息或以里程计提供的载体运动速度为观测信号动态估计惯性导航参数的误差，并根据误差来校正导航参数。本发明的车载组合导航系统采用惯性导航、卫星导航和里程计结合，使其能在卫星导航信号良好区域提高惯性导航的解算精度，并在卫星导航定位精度降低或不可用的区域，仍然能够为车辆提供高精度的位置信息。

技术领域

本发明涉及一种导航系统和定位方法，具体涉及一种车载组合导航系统和定位方法。

背景技术

导航定位是保障人类交通及军事活动的重要手段，在车辆、飞行器、舰船甚至水下航行器控制中发挥着关键作用。例如，在铁路列车控制系统中，实时高精度得获知列车位置是列控系统的基本需求。特别是在列车运行速度越来越快、列次密度越来越高的情况下，要安全高效地监控管理全网列车，离不开高精度列车定位方法和设备的支持。再例如，自动驾驶汽车也离不开高精度的位置信息获取技术。

当前，高精度的陆上车辆定位，主要采用卫星导航定位技术。卫星导航(GNSS，Global Navigation Satellite System)是指采用导航卫星对地面、海洋、空中和空间用户进行导航定位的技术，常见的卫星导航系统有美国的GPS系统，中国的北斗导航系统等。卫星导航具有全天候、高精度等优点，但其也存在若干不足。首先，卫星导航信号易被遮蔽，在室内、隧道、城市高楼林立路面等场景下定位精度恶化甚至失效的问题；其次，卫星导航的输出频率有限，一般为1Hz到5Hz，不能满足一些快速、机动性强的场景下的需求。为了弥补卫星导航定位输出频率不足和在部分场景下可用性降低的问题，出现了卫星导航与惯性导航结合的组合导航技术。

惯性导航系统(INS，Inertial Navigation System)也称作惯性参考系统，是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量(如无线电导航那样)的自主式导航系统。惯性导航系统属于推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测量到的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。在惯性导航系统中，一般由测量姿态变化的陀螺仪和测量加速度变化的加速度计组成。对陀螺仪的输出就行处理，可以得到运动提的当前姿态信息。对加速度计测量到的运动体的加速度，经过对时间的一次积分得到速度，速度再经过对时间的一次积分即可得到位移。

惯导系统目前已经发展出挠性惯导、光纤惯导、激光惯导、微固态惯性仪表等多种方式。陀螺仪由传统的绕线陀螺发展到静电陀螺、激光陀螺、光纤陀螺、微机械陀螺等。其中，激光陀螺测量动态范围宽，线性度好，性能稳定，具有良好的温度稳定性和重复性，在高精度的应用领域中一直占据着主导位置。对于车辆导航定位设备来说，激光陀螺虽然可以提供更好的定位精度，但是由于其高昂的价格限制了其应用领域的拓展。

惯性导航系统按照惯性测量单元在运载体上的安装方式，分为平台式惯性导航系统(惯性测量单元安装在惯性平台的台体上)和捷联式惯性导航系统(惯性测量单元直接安装在运载体上)。后者省去平台，仪表工作条件不佳(影响精度)，计算工作量大。

目前，对于车辆导航定位设备，由低成本的MEMS(微机电系统)惯性测量器件(IMU，包括陀螺仪和加速度计等)组成的捷联惯导是主要的应用方式，随着MEMS惯性器件的精度越来越高，基于MEMS的捷联惯导设备将会越来越普及。