[發(fā)明專利]一種基于GNSS與INS的自適應(yīng)導(dǎo)航定位系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610058683.5
• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105607104B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉淼;王學(xué)東
• 申請（專利權(quán)）人: 成都佰納瑞信息技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01S19/49
• 分類號: G01S19/49;G01C21/16
• 代理公司: 北京康盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11331
• 代理人: 涂鳳霞

1.一種基于GNSS與INS的自適應(yīng)導(dǎo)航定位系統(tǒng)，其特征在于：包括GNSS接收機、IMU慣性測量單元、捷聯(lián)慣導(dǎo)解算模塊、PDR行人航跡推算模塊、導(dǎo)航定位融合模塊和電源模塊，

所述GNSS接收機將定位信息和衛(wèi)星信息發(fā)送至導(dǎo)航定位融合模塊，

所述IMU慣性測量單元將導(dǎo)航定位信息依次通過捷聯(lián)慣導(dǎo)解算模塊、PDR行人航跡推算模塊發(fā)送至導(dǎo)航定位融合模塊，

所述PDR行人航跡推算模塊通過采集GNSS的導(dǎo)航定位信息進行PDR步長自適應(yīng)校準，

所述導(dǎo)航定位融合模塊進行GNSS與INS導(dǎo)航定位信息進行融合后輸出；

方法步驟如下：

1)GNSS定位信息、衛(wèi)星信息獲取

獲取GNSS接收機上報的定位信息、衛(wèi)星信息，解析協(xié)議，緩存定位信息、衛(wèi)星姿態(tài)、衛(wèi)星信號信噪比、衛(wèi)星數(shù)據(jù)有效性，GPS定位信息按時間1秒整合為序列[T_k,Lo_k,La_k]；

2)INS定位信息計算

利用PDR步長估計自適應(yīng)算法，計算行人慣性測量信息，并做30秒內(nèi)的緩存，按時間1秒整合為序列[T_k,p_k,y_k]，其中p_k為行人單步步長信息，y_k為航向信息；其中進行PDR步長估計自適應(yīng)算法的方法步驟如下：

a)捷聯(lián)慣導(dǎo)解算

通過AHRS航姿參考系統(tǒng)計算，得到載體航向、橫滾、側(cè)翻角度信息，再由坐標系旋轉(zhuǎn)計算得到本地重力加速度方向的加速度矢量和；

b)PDR跨步檢測

對計算得到的重力加速度方向的加速度矢量和，以3Hz為截至頻率設(shè)計數(shù)字低通濾波器，并進行數(shù)字低通濾波后，得到行人在重力加速度方向上的加速度變化；

對行人在重力加速度方向上變化的加速度進行峰值檢測，并計算鄰近極小值與極大值之差的絕對值，該絕對值若超過閾值則可判定為跨步動作，記錄跨步動作發(fā)生的時間、極小值、極大值，形成序列

c)GNSS定位下實際步長統(tǒng)計

GNSS接收機的通常信息輸出頻率為1Hz，對于每個GNSS定位信息記錄時間、經(jīng)度、緯度，形成序列[T_m,Lo_m,La_m]，Lo為經(jīng)度，La為緯度；

d)PDR步長估計自適應(yīng)

將序列[T_m,Lo_m,La_m]做相應(yīng)計算與調(diào)整，根據(jù)經(jīng)緯度與地理距離的換算可以得到新序列[Ts_m,Te_m,S_m]，其中Ts為起始時刻、Te為結(jié)束時刻、S為行人在Ts時刻與Te時刻間的直線距離，根據(jù)序列可以得到序列[Ts_m,Te_m,S_m]每個元素所包含的PDR跨步檢測信息，

對Ts_m，Te_m，S_m，在序列中，計算跨步時刻在[Ts_m,Te_m]范圍內(nèi)的所有跨步步長比例值序列[P_k]，其中按照比例關(guān)系對移動距離S_m進行分配：進而得到序列[s_k]；其中，是第k步中垂直方向上的最大加速度，是第k步中垂直方向上的最小加速度；

根據(jù)PDR步長估計公式：即ρ_k＝K·P_k

處理步驟可得到了[ρ_k]＝[s_k]、與[P_k]，再利用最小二乘法，可擬合出常數(shù)K的最優(yōu)的解；

3)INS定位更新策略

根據(jù)PDR步長估計自適應(yīng)算法得到的行人慣性測量信息序列[T_k,p_k,y_k]，結(jié)合T₁時刻的GNSS定位信息，可得到PDR行人定位坐標序列[T_k,PLo_k,PLa_k]；

4)GNSS/INS切換策略

判定GNSS接收機定位是否有效，不能僅使用定位有效的提示，需要聯(lián)合衛(wèi)星信息綜合判斷，當(dāng)衛(wèi)星數(shù)量、衛(wèi)星信號信噪比低于閾值時，將定位方式切換為INS。