[发明专利]一种惯导和双天线GNSS外参标定方法

说明书

本发明公开了一种惯导和双天线GNSS外参标定方法，属于卫星导航技术领域。该方法包括如下步骤：用双天线GNSS输出对SINS进行初始化，采用陀螺、加速度计传感器对载体的姿态、速度、位置进行预测，再将GNSS输出的位置、速度和航向通过卡尔曼滤波器实现对惯导和双天线GNSS外参的在线估计。相较于利用专业光学设备以获得较高测量精度的传统方法，本发明无须额外的专业设备，不仅节约了标定成本，还可以提高标定效率。

技术领域

本发明涉及一种惯导和双天线GNSS(全球导航卫星系统)外参标定方法，属于卫星导航技术领域。

背景技术

在高精度SINS/GNSS(捷联惯性导航系统/全球导航卫星系统)组合导航系统中，需要利用GNSS测量信息对SINS的导航结果进行修正，同时估计惯性器件本身的漂移。而GNSS天线和IMU通常情况下不会安装在同一位置，因为GNSS为了减少信号遮挡会被安装于车辆顶部，而IMU(惯性测量单元)为了尽可能感应车体的角速度和加速度会被固连于车体内部，所以GNSS和SINS的位置、速度和航向也并不一致。为了更好的实现SINS与GNSS的组合，需要对两者之间的外参进行标定，包括IMU和GNSS天线之间的杆臂，以及SINS的航向与GNSS的航向之间的偏差角，其中SINS的航向为IMU的轴向指向，而双天线GNSS的航向为GNSS天线基线之间的航向。

当GNSS天线安装在车辆顶部而IMU安装在车辆内部时，利用尺或光学设备等传统手段直接测量两者之间的外参存在两方面的问题，一是测量很不方便，二是测量精度有限，而如果外参测量不准确，则会导致SINS/GNSS组合导航系统精度受限。

发明内容

针对传统外参测量手段测量精度有有限，且测量复杂、难度较大的问题，本发明提出了一种惯导和双天线GNSS外参在线标定方法，无须额外的专业设备，节约了标定的成本，提高了标定的效率。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种惯导和双天线GNSS外参标定方法，包括以下步骤：

步骤1，周期采集k时刻车载传感器信息，包括惯性传感器信息和双天线GNSS信息；

步骤2，根据k时刻的惯性传感器数据，预测k时刻载体的姿态、速度、位置信息；

步骤3，若k时刻采集到双天线GNSS数据，则通过卡尔曼滤波器估计k时刻惯导和双天线GNSS之间的外参；否则，跳转至步骤1；

步骤4，跳转至步骤1。

所述步骤2的具体过程如下：

1)采用如下公式预测载体的姿态：

其中：

q(k)＝[q₀(k) q₁(k) q₂(k) q₃(k)]^T为k时刻的姿态四元数，上标T表示矩阵的转置，其中q₀(k)、q₁(k)、q₂(k)、q₃(k)为表示k时刻载体姿态的4个数字；

q(k-1)＝[q₀(k-1) q₁(k-1) q₂(k-1) q₃(k-1)]^T为k-1时刻的姿态四元数，其中q₀(k-1)、q₁(k-1)、q₂(k-1)、q₃(k-1)为表示k-1时刻载体姿态的4个数字；

ΔT为离散采样周期；