[發(fā)明專利]一種便攜式慣性導(dǎo)航定位桿及其定位定姿方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911099403.5
• 申請(qǐng)日: 2019-11-12
• 公開（公告）號(hào): CN110763229B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牛小驥;陳起金;周禹昆;曠儉;李雨;郭若南;賴昌鑫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/16
• 分類號(hào): G01C21/16;G01C21/20;G01C25/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 劉琰

本發(fā)明公開了一種便攜式慣性導(dǎo)航定位桿及其定位定姿方法，基于零速修正/慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，慣性導(dǎo)航定位桿包括載體桿、測(cè)量傳感器和數(shù)據(jù)處理單元；利用零速探測(cè)傳感器探測(cè)和識(shí)別定位桿獲得零速修正機(jī)會(huì)的時(shí)段；將零速觀測(cè)值用作量測(cè)更新，與慣性導(dǎo)航解算進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)組合定位定姿解算。本發(fā)明解決了低成本微機(jī)電(MEMS)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)的導(dǎo)航誤差隨時(shí)間快速累積導(dǎo)致的精度發(fā)散問題，能夠在不打斷/干擾系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的情況下采用極其容易和方便的形式實(shí)現(xiàn)零速修正，抑制慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的誤差發(fā)散，實(shí)現(xiàn)便攜式導(dǎo)航定位或測(cè)圖設(shè)備的準(zhǔn)確定位。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及慣性導(dǎo)航與慣性組合導(dǎo)航定位領(lǐng)域，尤其涉及一種便攜式慣性導(dǎo)航定位桿及其定位定姿方法。

背景技術(shù)

慣性導(dǎo)航是一種通過對(duì)慣性傳感器(包括陀螺和加速度計(jì))的數(shù)據(jù)做投影和積分運(yùn)算得到定位定姿結(jié)果的技術(shù)，其導(dǎo)航定位誤差隨時(shí)間積累，尤其是低成本微機(jī)電(MEMS)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)的導(dǎo)航誤差隨時(shí)間快速累積。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)常需要與其他導(dǎo)航定位手段進(jìn)行組合，形成組合導(dǎo)航系統(tǒng)來解決精度發(fā)散的問題。組合導(dǎo)航一般都要求增加額外的傳感器來獲取外部輔助定位信息，校正慣導(dǎo)誤差。

零速修正是一種常用的、有效的、“零成本”的慣導(dǎo)輔助手段。當(dāng)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和載體處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，將零速用作外部觀測(cè)對(duì)慣性導(dǎo)航速度進(jìn)行修正。零速修正可有效控制慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的速度誤差，進(jìn)而減緩其位置誤差的發(fā)散，其實(shí)現(xiàn)過程一般不需要增加額外的物理傳感器，是一種有效的低成本輔助信息。但是零速修正信息的使用要求載體處于靜止?fàn)顟B(tài)，干擾和打斷了載體的正常運(yùn)動(dòng)。

如何在不干擾或盡可能少地干擾載體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的情況下實(shí)現(xiàn)零速修正，抑制慣導(dǎo)誤差發(fā)散顯然具有重要意義。尤其是對(duì)一些便攜式導(dǎo)航定位或測(cè)圖設(shè)備，將具有極其重要的實(shí)用價(jià)值。

本發(fā)明為解決這一問題，提出了一種在不打斷/干擾系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的情況下實(shí)現(xiàn)零速修正的方法，具體為一種基于零速修正/慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的便攜式定位桿。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種便攜式慣性導(dǎo)航定位桿及其定位定姿方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明提供一種便攜式慣性導(dǎo)航定位桿，包括載體桿、測(cè)量傳感器和數(shù)據(jù)處理單元；其中：

測(cè)量傳感器固定安裝在載體桿上，測(cè)量傳感器包括：慣性測(cè)量單元、零速探測(cè)傳感器；慣性測(cè)量單元，用于測(cè)量三維比力和三維角速度信息；零速探測(cè)傳感器，固定安裝在載體桿上，通過判斷零速探測(cè)傳感器輸出是否超出設(shè)定閾值進(jìn)行零速探測(cè)；

數(shù)據(jù)處理單元用于處理測(cè)量傳感器實(shí)時(shí)傳輸?shù)臏y(cè)量信息，結(jié)合零速探測(cè)信息，通過慣導(dǎo)機(jī)械編排算法和卡爾曼濾波進(jìn)行數(shù)據(jù)融合和定位定姿解算。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的載體桿的形狀包括：桿狀載體、球體、圓柱體或長方體。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的零速探測(cè)傳感器包括：壓力傳感器、慣性傳感器、彈性開關(guān)、用戶手動(dòng)開關(guān)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的慣性測(cè)量單元包括三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀。

本發(fā)明提供一種便攜式慣性導(dǎo)航定位桿的定位定姿方法，該方法包括以下步驟：

S1、對(duì)慣性導(dǎo)航定位桿進(jìn)行定位初始化；

S2、定位過程中，慣性導(dǎo)航定位桿間歇性地獲得零速修正機(jī)會(huì)；

S3、探測(cè)慣性導(dǎo)航定位桿的零速時(shí)段，判斷慣性導(dǎo)航定位桿一端與探測(cè)點(diǎn)地面是否接觸并保持靜止，若是，則記錄觸地時(shí)間段為零速時(shí)段；

S4、獲取慣性導(dǎo)航定位桿觸地時(shí)間段內(nèi)的零速觀測(cè)值，與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)組合定位定姿解算。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的步驟S1中進(jìn)行慣性導(dǎo)航定位桿定位初始化的具體方法為：