[發明專利]一種MIMU和GNSS信息融合的方法

有效

• 申請號: 201210334728.9
• 申請日: 2012-09-11
• 公開（公告）號: CN102853837A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 唐康華;何曉峰;張開東;胡小平;李濤;江明明;郭瑤;羅勇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01S19/47
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所 43008
• 代理人: 周長清

1.一種MIMU和GNSS信息融合的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)基于MIMU角速度和比力數據，分別在ECEF坐標系和NED坐標系下進行慣性導航解算；將NED坐標系下慣性導航的姿態角直接賦給ECEF坐標系下的導航解算，并將GNSS接收機解算得到的位置、速度信息作為慣性導航解算初始狀態的位置、速度；

(2)建立ECEF坐標系下的位置和速度誤差方程，作為ECEF坐標系下的誤差狀態方程；建立NED坐標系下姿態角誤差方程和速度誤差方程，作為NED坐標系下的誤差狀態方程；

(3)利用GNSS偽距和偽距率值建立ECEF坐標系下信息融合的觀測方程，利用GNSS北向速度和東向速度值建立NED坐標系下信息融合的觀測方程；

(4)基于ECEF坐標系下的誤差狀態方程，采用卡爾曼濾波器進行位置誤差、速度誤差、加速度計偏置估計；基于NED坐標系下的誤差狀態方程，采用卡爾曼濾波器進行姿態角誤差和陀螺零偏估計；

(5)對于ECEF坐標系下的慣性導航解算進行位置與速度信息的反饋校正，對于NED坐標系下的慣性導航解算進行姿態角與速度信息的反饋校正，根據估計陀螺零偏和加速度計偏置，分別對IMU輸出的角速度和比力進行修正；

(6)由ECEF坐標系和NED坐標系下的慣性導航解算綜合向用戶輸出載體的姿態角、位置、速度、角速度和加速度信息。

2.根據權利要求1所述MIMU和GNSS信息融合的方法，其特征在于，所述步驟(2)中的ECEF坐標系下誤差狀態矢量為X^e＝[δR^e?δV^e?δa^b]^T，其中δR^e、δV^e分別為ECEF坐標系下的位置誤差和速度誤差矢量，δa^b為三個軸的加速度計零偏；NED坐標系下誤差狀態矢量Xⁿ＝[δVⁿ?ε?δω^b]₈，其中δVⁿ＝[δV_N?δV_E]分別為北向、東向速度誤差；ε為姿態角誤差；δω^b為微陀螺偏差。

3.根據權利要求2所述MIMU和GNSS信息融合的方法，其特征在于，所述步驟(3)中ECEF坐標系下組合導航觀測量采用偽距差分和多普勒差分來抵消接收機鐘差和鐘差漂移的影響；NED坐標系下組合導航觀測量為北向速度、東向速度。

4.根據權利要求1或2或3所述MIMU和GNSS信息融合的方法，其特征在于，所述步驟(4)中的卡爾曼濾波器為線性卡爾曼濾波器或擴展卡爾曼濾波器。

5.根據權利要求1或2或3所述MIMU和GNSS信息融合的方法，其特征在于，所述步驟(5)包括：

(5.1)對NED坐標系下姿態角對應的方向余弦陣修正為：

Cbn=[I+ϵ×]C^bn]]>

其中，ε×為失準角矢量的反對稱矩陣，為修正前的方向余弦陣，為修正后的方向余弦陣；

(5.2)NED坐標系下的速度修正為：

Vn=V^n-δVn]]>

其中，為NED坐標系下修正前的速度矢量，Vⁿ為NED坐標系下修正后的速度矢量；

(5.3)ECEF坐標系下速度修正為：

Re=R^e-δRe]]>

其中，為修正前的位置矢量，R^e為修正后的位置矢量；

(5.4)ECEF坐標系下速度修正為：

Ve=V^e-δVe]]>

其中，為ECEF坐標系下修正前的速度矢量，V^e為ECEF坐標系下修正后的速度矢量。