[發明專利]一種GNSS和MEMS組合導航系統中的氣壓計在線校正方法

有效

• 申請號: 201610008071.5
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN105509770B
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發明（設計）人: 翟昆朋;何文濤;藺曉龍;馮華星;黃璐;王浩;殷明
• 申請（專利權）人: 中國科學院嘉興微電子與系統工程中心
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發明公開了一種GNSS/MEMS組合導航系統中的氣壓計在線校正方法，在衛星信號質量可靠時估計高度，并利用基于衛星偽距測量值殘差的穩健位置誤差估計方法估計高度誤差，根據GNSS的高度估計值實時校正更新基準氣壓估計值來校正MEMS氣壓計，并利用基準氣壓估計值來輔助GNSS/MEMS組合系統提高高度估計值的精度。利用衛星偽距測量值殘差，對其采用絕對中值偏差的算法穩健估計殘差的標準差，來估計測量值誤差的標準差。利用測量值誤差的標準差和位置誤差之間的比例關系估計GNSS接收機位置誤差的方差。利用GNSS的結果，同時估計基準氣壓值和基準氣壓誤差的方差。實時更新基準氣壓的誤差水平，并和最新的GNSS高度誤差水平進行對比，得到精度最高的基準氣壓估計值。

技術領域

本發明涉及一種MEMS氣壓計的實時校正方法，特別的涉及一種應用在GNSS和MEMS組合導航系統中的氣壓計實時校正方法。

背景技術

GNSS衛星接收機通過捕獲、跟蹤多個衛星的信號，從信號中解調衛星軌道參數、星載原子鐘模型等導航電文數據，計算某一時刻的衛星位置、速度和時間參數，最后綜合衛星信號測量值估計出接收機(即用戶)的位置和速度。但是衛星信號容易受到接收機所處環境因素，如高樓、峽谷、樹木、隧道等的遮擋，影響定位結果的可用度。

因為慣性導航的特性與衛星導航有很好的互補性，所以慣性器件與GNSS的組合導航系統是一種重要的導航解決方法，MEMS技術的高度發展，GNSS/MEMS傳感器組合導航系統更廣泛的應用成為可能。其中MEMS氣壓計是組合導航系統中的一個重要傳感器。

MEMS氣壓計在GNSS/MEMS組合導航系統中可以作為氣壓高度計來用，氣壓高度計原理是：在地球地表附近的低海拔區域，環境中的氣壓會隨著高度變高而變小，這種變化的規律滿足一定的函數關系，該變化關系為一個函數：

其中P₀為海平面氣壓，也即基準氣壓，那么在基準氣壓固定的情況下，得到某一高度處氣壓值的測量值P，就可以得到海拔高度的估計值為：

然而在實際情況下，氣壓隨著當地的天氣狀況又有不同的變化，所以直接利用氣壓模型計算海拔高度就會產生較大的誤差。利用外部的校正手段，將隨著天氣變化的模型誤差歸結到海平面氣壓值p₀的變化上，能從一定程度減少高度估計的誤差。然而氣壓計的一些性能特點又導致在使用時需要特殊的校正控制方法。

一般的MEMS氣壓計對測量相對氣壓變化的精度比較準確，能達到1Pa左右，對應的高度變化為0.1m。在靜止期間相對氣壓變化的情況如圖3所示。但是如果僅僅在啟動是時候初始化海平面基準氣壓值，那么幾個小時后隨著期間本身漂移的積累和本地天氣的變化，這種氣壓估計值的誤差會迅速積累，如圖4所示，靜止條件下6個小時內氣壓高度計得到高度變化情況。這兩種因素的聯合影響導致在靜止的時候氣壓計輸出的氣壓值在短短幾個小時內變化200Pa，對應的高度變化為20m。因此，本領域的技術人員致力于開發一種GNSS和MEMS組合導航系統中的氣壓計在線校正方法，使得MEMS氣壓計在GNSS組合導航中準確地指示氣壓。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是在GNSS和MEMS組合導航系統中，MEMS氣壓計如何實時校準誤差。

為實現上述目的，本發明提供了一種GNSS和MEMS組合導航系統中的氣壓計在線校正方法，包括如下步驟：

步驟1、在衛星信號質量可靠時利用GNSS接收機估計高度alt_GNSS；

步驟2、利用上述的高度結果校正MEMS氣壓計得到基準氣壓估計值P_{0_EST}；

步驟3、利用公式

計算高度估計值。