[發明專利]慣性導航和輪速計組成的航跡推算定位系統誤差估算算法有效

申請號：	201410613529.0	申請日：	2014-11-03
公開（公告）號：	CN104359492A	公開（公告）日：	2015-02-18
發明（設計）人：	祝輝;何筆華;梁華為;余彪	申請（專利權）人：	中國科學院合肥物質科學研究院
主分類號：	G01C25/00	分類號：	G01C25/00
代理公司：	合肥天明專利事務所 34115	代理人：	奚華保
地址：	230088 安徽省合肥市***	國省代碼：	安徽;34
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摘要：
搜索關鍵詞：	慣性導航輪速計組成航跡推算定位系統誤差估算算法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及慣性導航系統技術領域，尤其涉及一種慣性導航和輪速計組成的航跡推算定位系統誤差估算算法。

背景技術

慣性導航系統依靠機械設備和相應算法工作，能獨立完成導航任務。此外慣導系統不受外界諸如天氣，電磁輻射的環境因素的干擾，并且載體在小范圍內的活動擁有非常高的可靠性，因此慣性導航系統廣泛應用于軍用和民用領域。

地面車輛的慣導系統在長時間的使用之后，慣導的安裝有松動，會導致慣導有安裝偏移角，并且慣導受外界影響如磁場時也會導致慣導初始方向角存在偏差，而車輪由于車胎氣壓的變化，車輪的半徑相較于標準車輪半徑也會出現偏差，從而導致輪速計在計算車輛移動距離時出現偏移誤差。由于這類誤差問題的存在，會導致慣導定位系統在進行航跡推算定位時，得到的坐標和運行軌跡出現較大的系統偏移誤差。因此慣導系統在開始工作前，通常要進行初始校準以減小慣導初始安裝偏差角、慣導初始誤差、輪速計偏移誤差等誤差導致的定位誤差。

慣導的初始校準通常分為靜基座分析和動態誤差分析兩種。靜基座測試主要測量慣導和其他導航器件的系統誤差，因需要使用大量精密儀器，雖然精度較高但是需要耗費很長的時間并且成本也非常高。慣導的動態分析主要在慣導系統開始工作前進行校準，減小安裝偏差角、慣導初始未對準之類的問題導致慣導系統工作定位產生系統誤差。而且動態誤差測試在室外場地就能進行，不需要使用精密儀器，用GPS的坐標和航向角作為參考標準就行，不需要太長的時間，使用方便，成本也非常低。但動態誤差修正方法主要注重誤差的實時修正，算法復雜的同時，不能一次性的估計系統誤差值并給予修正。

發明內容

本發明的目的是為了簡化慣性導航定位系統使用前的誤差校準過程，提供一種慣性導航和輪速計組成的航跡推算定位系統誤差估算算法，算法簡單，速度快，計算一次便可修正。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種慣性導航和輪速計組成的航跡推算定位系統誤差估算算法，包括如下步驟：

(1)試驗車打開車載的慣導、輪速計和GPS行駛一段路程，分別記錄慣導航向、輪速計和GPS經緯度坐標數據；

(2)根據慣導航向數據和輪速計數據進行航跡推算，得出n時刻航跡推算坐標(x_n,y_n)；

(3)以試驗車的起點為原點設置局部坐標系，將GPS經緯度坐標和步驟(2)中的航跡推算坐標轉換為局部坐標系坐標，并以正北方向作為Y軸正方向，正東方向作為X軸正方向，兩個坐標數據整合到同一坐標系中進行對比，以GPS經緯度坐標點為標準參量，航跡推算坐標點為包含誤差的對比值，兩坐標點之間的距離即為誤差值；

(4)設定慣導航向初始誤差角、左輪速計初始誤差和右輪速計初始誤差3個偏差量為導致航跡推算得到的坐標出現誤差的誤差參數；

(5)確定誤差參數值最優值所在的范圍：首先對誤差參數組進行篩選，當誤差參數值水平數為1或2時，通過作圖的辦法對誤差參數組進行篩選，當誤差參數值水平數大于等于3時，通過正交試驗法對誤差參數組進行篩選；然后將篩選出的誤差參數組代入局部坐標系中的航跡推算坐標中計算誤差大小來確定最優值的取值區間；

(6)將篩選出的誤差參數組代入局部坐標系中的航跡推算坐標中計算誤差大小，根據計算比較誤差最大值和均值能否滿足精度要求，判斷是否為誤差參數組的最優解；

(7)在計算得到誤差參數組的最優解后，將最優解代入慣導航向和輪速計的左右輪數據中進行修正，使用修正后的慣導航向和輪速計數據進行航跡推算便可以得到修正后的慣導定位坐標。

步驟(2)中，所述航跡推算的具體方法為：根據試驗車的慣導航向和輪速計的車輛行駛距離數據，通過三角函數法計算車輛的位置坐標(x_n,y_n),如下式所示：