[发明专利]基于位置观测的激光多普勒测速仪在线标定方法和装置

说明书

本申请涉及一种基于位置观测的激光多普勒测速仪在线标定方法和装置。所述方法将标定过程分为粗标定和精标定两个阶段。在粗标定阶段采用解析法，在精标定阶段首先设计了一个鲁棒卡尔曼滤波器来获得精确的载体姿态，速度和位置信息，然后，利用基于位置观测的激光多普勒测速仪误差传播模型设计了另一个卡尔曼滤波器，进一步标定激光多普勒测速仪。为了减小车辆转弯时非完整性约束被违反给标定结果带来的影响，利用天向陀螺的输出和激光多普勒测速仪的输出速度输出来对车辆是否变向进行辨别，并对车辆变向时对激光多普勒测速仪在自身坐标系下的速度进行横向速度补偿。本方法极大的提高了激光多普勒测速仪在标定过程中的鲁棒性。

技术领域

本申请涉及组合导航技术领域，特别是涉及一种鲁棒的基于位置观测的激光多普勒测速仪在线标定方法。

背景技术

由于捷联惯性导航系统(SINS)是一种利用陀螺和加速度计输出的自主式航位推算导航系统，其误差是随时间不断累积的，因此组合导航是当下最为主流的导航方式。组合导航系统将多个传感器的信息进行融合，以充分发挥传感器各自的优势。除了惯性测量单元(IMU)外，组合导航系统中常见的传感器有全球导航定位系统(GNSS)、里程计(OD)、声波多普勒计程仪(DVL)、磁力计(MAG)、相机、激光雷达、星敏感器以及激光多普勒测速仪(LDV)等。

目前陆用组合导航系统中最常见的有SINS/GNSS、SINS/DO、SINS/MAG，但这些组合导航系统在实际应用中都有着它们的局限性。GNSS并非完全自主，其信号易被高大建筑、高大树木以及隧道遮蔽，且在使用中存在多径效应。OD虽然完全自主，但其测量值与载体的车轮状态密切相关，车轮的气压、温度、磨损状况以及车轮打滑，跳动都将使OD测量精度下降。MAG也是一种完全自主的传感器，但其测量值易被周边环境所干扰，因此大多用于特定场合。

LDV作为一种完全自主的速度传感器，通过运动粒子散射光的多普勒频移来测量粒子速度，具有测量精度高、非接触测量、动态响应快、方向灵敏度高、测速范围广以及空间分辨率高等优点，近些年来被用于陆用组合导航领域。然而，LDV光路的实际倾角与设计值存在偏差且LDV内部激光器的实际波长与参考值也不完全一致，这些因素将导致LDV的输出存在比例因子误差。此外，由于安装条件限制，LDV所在的坐标系与IMU所在的坐标系很难重合。在SINS/LDV组合导航系统中，LDV的比例因子误差和安装误差角都将影响组合导航系统的导航精度。因此在组合导航系统使用前有必要对LDV的比例因子误差和安装误差角进行精确标定。

现有的LDV在线标定方法中大多使用了非完整性约束这一假设，但车辆在转弯时尤其是高速转弯时不可避免的会发生侧滑，这会违反非完整性约束这一假设，从而使标定结果受到影响。此外，现有的LDV在线标定方法大多采用速度观测，易受GNSS异常值的影响，鲁棒性较差，且无法应对载体在经过天桥或隧道时所引起的GNSS信号中断。

因此，对LDV进行精确标定对提高SINS/LDV组合导航系统的精度至关重要。为了提高LDV的在线标定精度，减小LDV在线标定过程中对外界环境的依赖性，有必要对LDV的鲁棒在线标定方法进行研究。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于位置观测的激光多普勒测速仪在线标定方法和装置。

一种基于位置观测的激光多普勒测速仪在线标定方法，所述方法包括：

利用在线标定系统初始对准后的预定时间段的数据采用解析标定法对激光多普勒测速仪的比例因子误差、俯仰安装误差角和航向安装误差角进行粗标定。

以粗标定得到的结果作为初始值开始精标定阶段，所述精标定阶段包括：

SINS/GNSS组合导航阶段和激光多普勒测速仪标定阶段。

在所述SINS/GNSS组合导航阶段设计鲁棒卡尔曼滤波器来获得精确的载体姿态、速度和位置信息。