[发明专利]一种非等间隔联邦滤波多源组合导航系统及方法

说明书

本发明公开了一种非等间隔联邦滤波多源组合导航系统及方法，该系统包括计算机、程控直流电源、数据采集与处理单元和传感器单元。方法为：首先对定位车辆搭载的传感器进行自检，配置程控直流电源并进行断电自检；然后采集各类传感器的原始数据进行解包，并转换为导航数据；接着计算各轴的角速度输出平均值和加速度输出平均值作为零偏；取加速度计数据进行俯仰角和滚转角的初始对准，通过传感器获取定位车辆航向角；将传感器输出数据转化为融合可用的导航信息并进行非等间隔联邦滤波；最后对滤波后的状态误差值进行反馈，并在终端进行实时显示。本发明具有处理能力强、兼容性强、体积小、功耗低、实时性高、适应能力强的优点。

技术领域

本发明涉及多源组合导航技术领域，特别是一种非等间隔联邦滤波多源组合导航系统及方法。

背景技术

随着车载组合导航技术的发展，传统联邦Kalman滤波已无法胜任复杂的车载组合导航工作，一方面传统联邦Kalman滤波需要各个传感器的量测信息同时到达，而多源组合导航系统中由于传感器数量和种类较多，不同传感器的采样率也存在差异，这必然导致各子滤波器的量测周期不同，即异质传感器异步信息的不等间隔问题，影响系统的导航精度；另一方面传感器数量和种类的增加会导致传感器的数据处理和定位算法所需的资源急剧增加，尤其对视觉相机的2D像素数据和激光雷达的3D点云数据处理需要极高的算力；此外实际车载导航中的环境非常复杂，可能存在极端天气、复杂路况，因而对传感器的感知精度、可靠性和数据处理效率的要求非常，传统的嵌入式处理器ARM或DSP已无法胜任该工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非等间隔联邦滤波多源组合导航系统及方法，以解决异质传感器异步信息的不等间隔问题，并提高数据处理的效率。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种非等间隔联邦滤波多源组合导航系统，包括计算机、程控直流电源、数据采集与处理单元和传感器单元，其中数据采集与处理单元包括多路计算器采集卡、RS422串口服务器、RS232串口服务器，传感器单元包括捷联惯导SINS、卫导GNSS、高度计ALT、磁强计MAG、里程计ODO、激光雷达LIDAR和双目视觉VIS7种传感器；

所述数据采集与处理单元分别与计算机连接，另一端分别接入传感器单元中的每个传感器产品；所述程控直流电源包含可编程直流电源模块，为计算机和传感器单元提供电源。

一种非等间隔联邦滤波多源组合导航方法，包括以下步骤：

步骤1、对定位车辆搭载的7种传感器进行自检，确保各传感器正常工作；

步骤2、配置程控直流电源并进行断电自检，保障工作环境的安全性；

步骤3、采集各类传感器的原始数据进行解包，并转换为导航数据；

步骤4、将导航系统预热，预热结束后取60s陀螺仪的角速度输出数据w_i和加速度计输出的加速度数据A_i，然后计算此段时间各轴的角速度输出平均值w_b和加速度输出平均值A_b作为零偏；

步骤5、去除零偏后，取60s加速度计输出的加速度计数据进行俯仰角θ₀和滚转角γ₀的初始对准，通过其他各类传感器获取定位车辆航向角；

步骤6、对各传感器的输出数据进行解包，采用分段重叠的方法对量测数据进行处理，进而将数据处理转化为东北天坐标系或载体系下的数据，并进行非等间隔联邦滤波；

步骤7、对基于非等间隔联邦滤波后的各状态误差值进行反馈，并在终端进行实时显示。