[發(fā)明專利]使用不完整GNSS信息的MEMS組合導(dǎo)航建模方法

有效

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• 申請日: 2018-03-13
• 公開（公告）號: CN108267765B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊勇;劉華
• 申請（專利權(quán)）人: 北京沙谷科技有限責(zé)任公司;楊勇;劉華
• 主分類號: G01S19/47
• 分類號: G01S19/47
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 胡燕恒

本發(fā)明公開了使用不完整GNSS信息的MEMS組合導(dǎo)航建模方法，具體按照以下步驟實施，第一步：確定實現(xiàn)組合導(dǎo)航系統(tǒng)所需的外部GNSSNMEA輸入報文類型，其接收順序可向組合系統(tǒng)發(fā)送配置命令；第二步：從外部GNSSNMEA信息的GGA報文中提取三維位置信息；第三步：從外部GNSS NMEA信息的RMC報文中提取三維速度信息；第四步：建立三維位置誤差的數(shù)學(xué)模型；第五步：線性回歸算法確定三維位置誤差的數(shù)學(xué)模型參數(shù)；第六步：建立三維速度誤差的數(shù)學(xué)模型；第七步：線性回歸算法確定速度誤差模型參數(shù)；第八步：運行組合導(dǎo)航算法。本方法突破了常規(guī)MEMS組合導(dǎo)航設(shè)備的實現(xiàn)限制，將組合導(dǎo)航系統(tǒng)的實現(xiàn)難度大大降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于慣性導(dǎo)航與衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種使用不完整GNSS信息的MEMS組合導(dǎo)航建模方法。

背景技術(shù)

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是與美國GPS、俄羅斯GLONASS以及歐洲GALILEO并駕齊驅(qū)的覆蓋全球的星基導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的顯著特點是直接提供絕對定位坐標(biāo)，且誤差不隨時間積累，但存在無線電信號易受遮擋和干擾的不足。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(InertialNavigation System,INS)能夠自主地進(jìn)行連續(xù)的三維空間導(dǎo)航與測姿，不存在信號的電磁干擾或遮擋問題，但慣性導(dǎo)航的不足在于其導(dǎo)航誤差會隨時間積累，當(dāng)外界不給予其修正時，誤差增長無界。

微機電系統(tǒng)MEMS(Micro Electronic Mechanical System)是隨著半導(dǎo)體集成電路微細(xì)加工技術(shù)和超精密機械加工技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的集微型傳感器、執(zhí)行器、信號處理與控制電路、接口電路、通信和電源一體的微型機電系統(tǒng)。MEMS慣性傳感器主要指硅微加速度計和硅微陀螺儀這兩種慣性傳感器。MEMS慣導(dǎo)是基于MEMS慣性傳感器的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，導(dǎo)航系統(tǒng)通過加速度計測量載體的三維的線性運動，陀螺測量載體的三維角運動，進(jìn)而在導(dǎo)航坐標(biāo)系上進(jìn)行積分來獲取速度、位置和姿態(tài)。MEMS慣導(dǎo)繼承了傳統(tǒng)慣導(dǎo)系統(tǒng)的完全自主性、保密性強、不存在信號的電磁干擾等特點，同時又具有尺寸小、重量輕、成本低、功耗小、可靠性高等傳統(tǒng)慣導(dǎo)無法比擬的優(yōu)點。但受制造工藝所限，其用作導(dǎo)航定位時，誤差隨時間快速積累。

GNSS與MEMS慣導(dǎo)所形成的組合導(dǎo)航系統(tǒng)充分發(fā)揮了二者的優(yōu)勢，形成有機互補。優(yōu)勢在于：MEMS慣導(dǎo)在短時間內(nèi)能夠保持較高的精度，且其不受外界工作環(huán)境影響；同時，GNSS提供的絕對定位測速信息可以補償慣導(dǎo)隨時間累積的誤差，而保證長距離運行中的測量精度。

在常規(guī)的GNSS與MEMS慣導(dǎo)的組合系統(tǒng)中，衛(wèi)星導(dǎo)航需向組合系統(tǒng)提供三維位置、三維速度以及對應(yīng)的不確定(即誤差)，這樣就對組合在一起的系統(tǒng)提出了較高的結(jié)合要求，組合系統(tǒng)要求GNSS提供完整的三維定位測速信息。然而，在衛(wèi)星導(dǎo)航接收機的輸出信息/報文中，目前各個廠家普遍遵循美國國家海洋電子協(xié)會(NMEA)所指定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。NMEA報文所定義的衛(wèi)星導(dǎo)航信息并非為完整的三維信息，缺少直接的三維速度信息、位置誤差、速度誤差等內(nèi)容，不能滿足用于組合導(dǎo)航系統(tǒng)或輔助MEMS慣導(dǎo)系統(tǒng)的需求。因此，GNSS與MEMS慣性導(dǎo)航的組合系統(tǒng)無法具有通用性，即所實現(xiàn)的組合系統(tǒng)不能任意更換GNSS接收機。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種使用不完整GNSS信息的MEMS組合導(dǎo)航建模方法，該方法僅使用標(biāo)準(zhǔn)通用的NMEA信息報文作為輸入，并對NMEA輸入的不完整GNSS信息進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，進(jìn)而將此模型應(yīng)用于組合導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航算法中。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：使用不完整GNSS信息的MEMS組合導(dǎo)航建模方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施，

第一步：確定實現(xiàn)組合導(dǎo)航系統(tǒng)所需的外部GNSSNMEA輸入報文類型，所述外部GNSSNMEA輸入報文類型包括GGA、RMC、GSA、GSV及GLL，其接收順序可向組合系統(tǒng)發(fā)送配置命令；

第二步：從外部GNSSNMEA信息的GGA報文中直接提取三維位置信息，包括經(jīng)度、維度及高度；