[發(fā)明專利]一種GNSS/SINS組合導(dǎo)航精確測(cè)速定位方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710909242.6
• 申請(qǐng)日: 2017-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107894232A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝勁勵(lì);劉三湘;彭錦波;謝松霖;陽(yáng)衛(wèi)平;金瑩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湖南航天機(jī)電設(shè)備與特種材料研究所
• 主分類號(hào): G01C21/16
• 分類號(hào): G01C21/16;G01C25/00;G01S19/47;G01S19/50
• 代理公司: 北京天奇智新知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11340
• 代理人: 陳介雨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于慣性技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。尤其涉及一種可用于城市軌道交通、自動(dòng)駕駛的慣性組合導(dǎo)航技術(shù)。

背景技術(shù)

中國(guó)首條自主產(chǎn)權(quán)的磁浮線長(zhǎng)沙磁懸浮工程開(kāi)通后，在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)存在低速測(cè)速不準(zhǔn)、停車定位不準(zhǔn)確的問(wèn)題。磁浮列車運(yùn)行時(shí)車身懸浮在軌道之上，列車與軌道之間除了供電軌外無(wú)機(jī)械接觸，因此傳統(tǒng)列車上的基于機(jī)械接觸的“輪軸脈沖傳感器”“計(jì)軸”“信標(biāo)”測(cè)速技術(shù)在磁浮列車無(wú)實(shí)體輪軌環(huán)境下，無(wú)法精確測(cè)出磁浮列車的速度，影響列車的停靠準(zhǔn)確度，對(duì)磁浮列車的自動(dòng)化程度及進(jìn)一步發(fā)展造成制約。

現(xiàn)有的GNSS/SINS組合導(dǎo)航技術(shù)適用于包括無(wú)機(jī)械接觸的全部軌道交通行業(yè)，但普通分體式組合導(dǎo)航精度較差。國(guó)內(nèi)一體式組合導(dǎo)航系統(tǒng)方面研究較少，大多處于理論仿真階段，未見(jiàn)工程應(yīng)用的報(bào)道。加拿大的NovAtel公司已研制出了一種基于慣性/GPS的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，其IMU精度為：陀螺漂移小于0.75°/h，加速度計(jì)零偏1mg，組合系統(tǒng)輸出精度為：橫滾、俯仰姿態(tài)為0.015°，航向?yàn)?.041°，速度為0.02m/s，位置為1.8m左右。在城市軌道交通運(yùn)行中，衛(wèi)星定位容易受到外界環(huán)境的干擾,高樓、封閉式站臺(tái)、隧道及立交橋等會(huì)使衛(wèi)星信號(hào)會(huì)變得很差甚至中斷而無(wú)法定位，嚴(yán)重影響軌道交通列車測(cè)速及定位精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種GNSS/SINS組合導(dǎo)航精確測(cè)速定位方法，解決無(wú)實(shí)體輪軌傳統(tǒng)列車采用傳統(tǒng)測(cè)速方法無(wú)法精確測(cè)出列車速度的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種GNSS/SINS組合導(dǎo)航精確測(cè)速定位方法，包括以下步驟：

1)利用衛(wèi)星定位模塊獲得的列車位置信息、慣性測(cè)量裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的列車行駛過(guò)程中的行駛速度、姿態(tài)變化量、位置變化量以及多個(gè)差分基站組網(wǎng)獲取的冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的時(shí)間、空間同步和誤差建模；

2)利用信息融合算法完成導(dǎo)航參數(shù)的最優(yōu)估計(jì)，得到IMU輸出信息；所述導(dǎo)航參數(shù)包括上述列車位置信息、行駛速度、姿態(tài)變化量、位置變化量以及冗余數(shù)據(jù)；

3)對(duì)IMU輸出信息進(jìn)行校準(zhǔn)，從而得出校正后的精確位置、速度和行駛方向信息；所述行駛方向包含列車的橫滾、方位、俯仰三個(gè)姿態(tài)量。

步驟1)中，當(dāng)前時(shí)刻列車位置信息計(jì)算公式為：

其中，t₁為運(yùn)行延遲時(shí)間；λ、h分別為當(dāng)前時(shí)刻測(cè)速系統(tǒng)輸出的經(jīng)度、緯度、高度；為當(dāng)前時(shí)刻衛(wèi)星定位模塊輸出的位置信息；[v₁ v₂ v₃]為當(dāng)前時(shí)刻的上一時(shí)刻慣性測(cè)量裝置輸出的東向、北向以及天向速度信息。

本發(fā)明中，對(duì)IMU輸出信息進(jìn)行校準(zhǔn)的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括：

1)由慣性測(cè)量裝置獲取的實(shí)時(shí)列車信息與衛(wèi)星獲取的位置信息，經(jīng)卡爾曼濾波后得到誤差估計(jì)矩陣；

2)由慣性測(cè)量裝置實(shí)時(shí)提供的行駛速度、姿態(tài)變化量、位置變化量分別減去誤差估計(jì)矩陣中所包含的速度誤差信息、姿態(tài)誤差信息、位置誤差信息即為最終校準(zhǔn)結(jié)果。

相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種GNSS/SINS組合導(dǎo)航精確測(cè)速定位系統(tǒng)，其包括：

采集模塊，用于利用衛(wèi)星定位模塊獲得的列車位置信息、慣性測(cè)量裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的列車行駛過(guò)程中的行駛速度、姿態(tài)變化量、位置變化量以及多個(gè)差分基站組網(wǎng)獲取的冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的時(shí)間、空間同步和誤差建模；

估算模塊，用于利用信息融合算法完成導(dǎo)航參數(shù)的最優(yōu)估計(jì)，得到IMU輸出信息；所述導(dǎo)航參數(shù)包括上述列車位置信息、行駛速度、姿態(tài)變化量、位置變化量以及冗余數(shù)據(jù)；

校準(zhǔn)模塊，用于對(duì)IMU輸出信息進(jìn)行校準(zhǔn)，從而得出校正后的精確位置、速度和行駛方向信息。

所述校準(zhǔn)模塊包括：

濾波模塊，用于對(duì)由慣性測(cè)量裝置獲取的實(shí)時(shí)列車信息與衛(wèi)星獲取的位置信息進(jìn)行卡爾曼濾波后得到誤差估計(jì)矩陣；

計(jì)算模塊，用于由慣性測(cè)量裝置實(shí)時(shí)提供的行駛速度、姿態(tài)變化量、位置變化量分別減去誤差估計(jì)矩陣中所包含的速度誤差信息、姿態(tài)誤差信息、位置誤差信息，得到最終校準(zhǔn)結(jié)果。