[發明專利]一種GNSS/SINS組合導航精確測速定位方法及系統

在審

• 申請號: 201710909242.6
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107894232A
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 謝勁勵;劉三湘;彭錦波;謝松霖;陽衛平;金瑩
• 申請（專利權）人: 湖南航天機電設備與特種材料研究所
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C25/00;G01S19/47;G01S19/50
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司11340
• 代理人: 陳介雨

技術領域

本發明屬于慣性技術應用領域。尤其涉及一種可用于城市軌道交通、自動駕駛的慣性組合導航技術。

背景技術

中國首條自主產權的磁浮線長沙磁懸浮工程開通后，在運行中發現存在低速測速不準、停車定位不準確的問題。磁浮列車運行時車身懸浮在軌道之上，列車與軌道之間除了供電軌外無機械接觸，因此傳統列車上的基于機械接觸的“輪軸脈沖傳感器”“計軸”“信標”測速技術在磁浮列車無實體輪軌環境下，無法精確測出磁浮列車的速度，影響列車的停靠準確度，對磁浮列車的自動化程度及進一步發展造成制約。

現有的GNSS/SINS組合導航技術適用于包括無機械接觸的全部軌道交通行業，但普通分體式組合導航精度較差。國內一體式組合導航系統方面研究較少，大多處于理論仿真階段，未見工程應用的報道。加拿大的NovAtel公司已研制出了一種基于慣性/GPS的組合導航系統，其IMU精度為：陀螺漂移小于0.75°/h，加速度計零偏1mg，組合系統輸出精度為：橫滾、俯仰姿態為0.015°，航向為0.041°，速度為0.02m/s，位置為1.8m左右。在城市軌道交通運行中，衛星定位容易受到外界環境的干擾,高樓、封閉式站臺、隧道及立交橋等會使衛星信號會變得很差甚至中斷而無法定位，嚴重影響軌道交通列車測速及定位精度。

發明內容

本發明旨在提供一種GNSS/SINS組合導航精確測速定位方法，解決無實體輪軌傳統列車采用傳統測速方法無法精確測出列車速度的問題。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種GNSS/SINS組合導航精確測速定位方法，包括以下步驟：

1)利用衛星定位模塊獲得的列車位置信息、慣性測量裝置實時監測的列車行駛過程中的行駛速度、姿態變化量、位置變化量以及多個差分基站組網獲取的冗余數據進行數據的時間、空間同步和誤差建模；

2)利用信息融合算法完成導航參數的最優估計，得到IMU輸出信息；所述導航參數包括上述列車位置信息、行駛速度、姿態變化量、位置變化量以及冗余數據；

3)對IMU輸出信息進行校準，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、俯仰三個姿態量。

步驟1)中，當前時刻列車位置信息計算公式為：

其中，t₁為運行延遲時間；λ、h分別為當前時刻測速系統輸出的經度、緯度、高度；為當前時刻衛星定位模塊輸出的位置信息；[v₁ v₂ v₃]為當前時刻的上一時刻慣性測量裝置輸出的東向、北向以及天向速度信息。

本發明中，對IMU輸出信息進行校準的具體實現過程包括：

1)由慣性測量裝置獲取的實時列車信息與衛星獲取的位置信息，經卡爾曼濾波后得到誤差估計矩陣；

2)由慣性測量裝置實時提供的行駛速度、姿態變化量、位置變化量分別減去誤差估計矩陣中所包含的速度誤差信息、姿態誤差信息、位置誤差信息即為最終校準結果。

相應地，本發明還提供了一種GNSS/SINS組合導航精確測速定位系統，其包括：

采集模塊，用于利用衛星定位模塊獲得的列車位置信息、慣性測量裝置實時監測的列車行駛過程中的行駛速度、姿態變化量、位置變化量以及多個差分基站組網獲取的冗余數據進行數據的時間、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航參數的最優估計，得到IMU輸出信息；所述導航參數包括上述列車位置信息、行駛速度、姿態變化量、位置變化量以及冗余數據；

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

所述校準模塊包括：

濾波模塊，用于對由慣性測量裝置獲取的實時列車信息與衛星獲取的位置信息進行卡爾曼濾波后得到誤差估計矩陣；

計算模塊，用于由慣性測量裝置實時提供的行駛速度、姿態變化量、位置變化量分別減去誤差估計矩陣中所包含的速度誤差信息、姿態誤差信息、位置誤差信息，得到最終校準結果。