[發明專利]基于SINS/雙OD的慣性組合導航系統及其導航方法

在審

• 申請號: 201510325693.6
• 申請日: 2015-06-12
• 公開（公告）號: CN104977002A
• 公開（公告）日: 2015-10-14
• 發明（設計）人: 王曉年;朱順;郭楠;王峻;郭亞鋒;王祝萍;朱勁
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16;G01C25/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 余明偉

技術領域

本發明涉及慣性導航領域，特別是涉及一種基于SINS/雙OD的慣性組合導航系統及其導航方法。

背景技術

慣性導航系統通過安裝在飛行器或者車體上的慣性測量元件(IMU)輸出的旋轉角速度和線加速度推算航位姿態、坐標以及速度等信息。IMU主要為陀螺儀和加速度計：陀螺儀測量載體旋轉的角速度，用于計算載體的姿態變化，提供了載體和導航坐標系的變換關系；加速度計測量載體在慣導坐標系下運動的線加速度，并用于積分計算載體的速度和位置信息，再通過載體姿態信息變換到導航坐標系中。捷聯慣導系統(SINS)以其提供導航信息的全面性和完全的自主性，成為了一種廣泛應用的慣性導航系統，本文所涉及的車輛導航系統也在其基礎上建立。然而SINS存在隨時間累積的導航誤差嚴重影響了系統的導航精度，因而控制SINS的誤差累積成為捷聯慣導系統運行的一個關鍵問題。

利用SINS/GPS組合導航系統雖然能夠很好地解決誤差累積問題，但在該系統中，GPS存在著動態響應能力差、易受電子干擾、信號易被遮擋等缺點，使得SINS/GPS組合導航系統在GPS信號出現故障時不能正常工作。而GPS信號如果在長時間內不能得倒恢復，系統的誤差就不可避免地隨時間而積累。為了解決上述問題，以提高車輛導航的自主性、穩定性和可靠性為目的，將里程計(OD)和SINS組合起來，將各自收集到的信息融合并獲得較高精度的導航數據，構成以SINS為主、里程計為輔的車輛組合導航系統。里程計是測量車輛行駛速度和路程的，它不能單獨用于車輛定位，但可從捷聯慣導中獲得姿態和航向信息，進行定位解算且累積誤差較小。

目前，將SINS和OD進行組合的導航系統多采用單里程計，利用其速度信息修正慣導的導航誤差，較為有效地提高了導航精度。但是系統采用速度組合方式，將里程計的速度測量值分解到導航坐標系后，與捷聯慣導系統的速度解算值進行比較，即OD只提供速度量測信息而忽略了方向角的誤差，這種做法導致SINS/OD組合導航位置誤差會隨車輛行駛路程不斷地緩慢累積，定位精度有緩慢發散的趨勢，因而本文提出利用雙路里程計來獲得更為精確的速度信息和車的方向角度，從而更加有效地抑制慣導誤差的積累，即利用雙路里程計和慣導的融合，運用卡爾曼濾波技術，實現更高精度的導航。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于SINS/雙OD的慣性組合導航系統及其導航方法，用于解決現有技術中的由于使用單個里程計與SINS進行組合形成組合導航系統而導致的SINS/OD組合導航位置誤差會隨車輛行駛路程不斷地緩慢累積，定位精度有緩慢發散的趨勢的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種基于SINS/雙OD的慣性組合導航系統的導航方法，所述方法包括：

建立SINS誤差模型，所述SINS誤差模型包括SINS的姿態誤差方程、速度誤差方程及位置誤差方程；

建立雙OD誤差模型，所述雙OD誤差模型包括雙OD的速度誤差方程及方向角誤差方程；

對SINS誤差模型及雙OD誤差模型的各誤差狀態量進行估計并修正。

作為本發明的基于SINS/雙OD的慣性組合導航系統的導航方法的一種優選方案，本方法的坐標系定義如下：

n系：導航坐標系，即為東-北-天地理坐標系；

b系：慣導坐標系，與軌跡發生器坐標系重合；

m系：里程計坐標系，與軌跡發生器坐標系平行；

其中，b系及m系的方向均為：x軸沿軌跡發生器橫軸指向右側，y軸沿軌跡發生器縱軸指向正前方，z軸垂直于x軸和y軸并構成右手直角坐標系。

作為本發明的基于SINS/雙OD的慣性組合導航系統的導航方法的一種優選方案，所述SINS的姿態誤差方程為：

所述SINS的速度誤差方程為：

所述SINS的位置誤差方程為：