[发明专利]一种组合导航系统的自动对准方法

说明书

本发明涉及一种组合导航系统的自动对准方法，属于卫星和惯性组合导航技术领域。本发明首先以IMU输出测量数据的时间作为历元，在每个历元判断是否存在GNSS数据，若存在，则利用该历元的GNSS数据确定载体速度；然后根据载体速度判断载体在对准阶段的运动状态，根据运动状态选择相应对准方法，若载体是静止的，则采用静基座对准方法，若载体是运动的，则采用的动基座对准。因此，本发明能够根据载体的运动状态自适应的选择相应的对准方法，提高对准精度，有效弥补了载体静态时段的姿态信息。

技术领域

本发明涉及一种组合导航系统的自动对准方法，属于卫星与惯性组合导航技术领域。

背景技术

全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)和惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS)是导航定位领域发展较为成熟、应用十分广泛的两大技术手段。精密单点定位(Precise Point Positioning，PPP)技术集成了GNSS标准单点定位和相对定位的技术优点，克服了各自的缺点，已发展成为一种新的GNSS定位方法。PPP/INS组合导航技术可以实现高精度的定位，全球、全天候地为用户提供连续、完整、稳定、可靠的导航参数信息，以其全面的优势成为构建多源融合PNT服务体系的重要成员。初始对准是PPP/INS组合导航中的关键技术之一，其目的是获取载体的初始导航信息(位置、速度和姿态)，初始对准成功后才能进入导航阶段，初始对准的精度和速度直接影响组合导航的工作性能。

在组合导航的初始对准阶段，GNSS提供位置和速度信息，之后通过惯导初始对准确定初始姿态。确定载体姿态对惯性传感器的精度要求较高，陀螺零偏精度低于0.5°/h的消费级别的IMU无法完成自对准。惯导初始对准根据载体运动状态可以分为静基座对准和动基座对准，静基座对准可以分粗对准和精对准两个阶段，粗对准方法一般分为基于双矢量定姿原理的解析粗对准、基于双矢量或者多矢量定姿原理的间接粗对准，精对准一般采取Kalman滤波方法。粗对准和精对准理论上具有相同的极限精度，实际应用中，粗对准精度也不一定比精对准差。在组合导航中，如果粗对准精度达到要求，完全可以跳过精对准。由于解析粗对准结果精度不稳定、Kalman滤波精对准对准精度很高但是对准时间过长(大约需要100s)，而间接粗对准稳定性好，对基座具有一定的角运动和线运动抗干扰能力，对准精度也达到组合导航的要求，并且多矢量定姿比双矢量定姿精度稍好，对准收敛速度更快，故选择基于多矢量定姿原理的间接粗对准作为组合导航的静基座对准方法。组合导航的动基座对准技术是利用GNSS测速信息进行辅助对准，对准算法主要有两种，一种是基于惯性系对准原理，另外一种利用测速信息求解航向角，再结合比力输出求解水平角的快速对准。第二种方法对准速度很快故作为组合导航的动基座对准方法。

初始对准成功是进入组合导航阶段的前提，目前GNSS/INS组合导航的初始对准有以下几点问题存在：选择的静对准方法不当，导致对准结果精度不足或者精度很高但耗时过长；静对准需要人为记录载体静止时段，这会带来不便甚至出现因记录错误而导致初始对准失败；只支持速度辅助的动对准，这会导致车载初始静止时段姿态参数的缺失，进而会影响后续的定位精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种组合导航系统的自动对准方法，以解决目前组合导航系统自动对准过程中存在的对准方法选择不当导致的对准精度低的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种组合导航系统的自动对准方法，该对准方法包括以下步骤：

1)以IMU输出测量数据的时间作为历元，在每个历元对IMU数据和GNSS数据进行时间同步，并判断当前历元是否有更新的GNSS数据；

2)若当前历元有更新的GNSS数据，则基于GNSS数据解算该历元在导航坐标系下的载体速度；

3)将载体速度与速度阈值进行比较，判断载体是静止状态还是运动状态，若载体是运动状态则采用动基座对准，否则采用静基座对准；