[发明专利]一种基于MEMS的车辆模型辅助和约束的GNSS/INS组合导航方法

摘要

本发明公开了一种基于MEMS的车辆模型辅助和约束的GNSS/INS组合导航方法，结合动态约束并引入车辆ABS传感器和方向盘转角，直接在INS导航解算前对MEMS‑IMU测量值进行辅助和约束，从根本上提高了测量值的精度；在速度约束中引入了车辆模型计算的纵向速度，从而实现了对INS导航解算纵向速度的辅助；另外，传统零速修正是通过判断车辆处于静止状态时，以零速作为观测值，来限制静止条件下INS导航解引起的误差积累，而本发明中采用的速度辅助和约束方法，在车辆静止情况下，无须额外操作，或额外增加零速检测和零速修正模块，便可具有传统零速修正的功能；在低成本MEMS‑IMU传感器的基础上，直接引入四通道ABS和方向盘转角测量传感器，是一种无额外成本的提高组合系统精度方法。

主权项

1.一种基于MEMS的车辆模型辅助和约束的GNSS/INS组合导航方法，其特征在于，包括：步骤1.ABS传感器和方向盘转角的信息融合,具体为：基于车辆的四通道ABS传感器获得车辆4个轮子的轮速，基于方向盘转角传感器获得方向盘的绝对转角，通过EKF滤波器将车辆4个轮子的轮速和方向盘的绝对转角进行信息融合，得到航向角角速率ω和车辆后轴中心在采样时间内的位移；进而得到当前车辆的纵向速度v_bxV,航向角角速率ω_bz以及侧向加速度值f_by；步骤2.对MEMS‑IMU传感器测量值的辅助和约束，具体为:将MEMS‑IMU传感器固连于车辆后轴中心，测量车辆后轴中心相对于惯性空间三个方向的运动角速度ω_bxI,ω_byI,ω_bzI和三个方向的比力f_bxI,f_byI,f_bzI；采用步骤1得到的航向角角速率ω_bz代替导航坐标系到车辆坐标系的欧拉角微分方程中的航向角角速率，将该欧拉角微分方程中的横滚角角速率和俯仰角角速率均置为零；之后令天向加速度等于重力加速度，同时忽略MEMS‑IMU速度的旋转效应和划桨效应，结合步骤1中所得侧向加速度f_by，从而直接得到车辆后轴中心相对于惯性空间y和z方向的比力计算值f_byV和f_bzV；最后，将MEMS‑IMU的测量值中的ω_bxI,ω_byI,ω_bzI,f_byI,f_bzI同上述通过车辆模型以及车辆运动约束得到的ω_bxV,ω_byV,ω_bzV,f_byV,f_bzV分别进行融合，得到MEMS‑IMU的测量误差，实现对MEMS‑IMU测量值的补偿；步骤3.对INS导航解算速度进行辅助和约束，具体为：设定车辆在车体坐标系中的y、z方向的速度均为0，即v_by≈0，v_bz≈0；建立INS导航解算误差模型，从而得到卡尔曼滤波的状态方程，然后基于步骤2中修正后的MEMS‑IMU测量值进行INS导航解算，将所得车辆坐标系的三方向速度[v_bx v_by v_bz]^T同步骤1中所得车辆模型在车辆坐标系速度[v_bxV 0 0]^T之差作为卡尔曼滤波算法的观测量，从而估计出采用速度辅助和约束所得的INS导航解算的误差，最后将误差值反馈回INS导航计算中，对INS导航计算相关参数进行修正；步骤4.采用步骤3建立的INS导航解算误差模型作为系统状态方程,将步骤3中INS导航解算所得的位置和速度分别与GNSS解算所得位置和速度求差值，并将所得两个差值作为卡尔曼滤波的观测量，从而实现对INS导航解算误差的估计，最后将误差值反馈回INS导航计算中。