[發明專利]一種基于MEMS慣性組件的INS/DRGNSS松組合導航方法

有效

• 申請號: 201911408315.9
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111156994B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發明（設計）人: 薛文通;白陽;呂明;趙蓓;周良榮;王莎;王玲玲;趙彥彥;馬盼;劉芳
• 申請（專利權）人: 上海星思半導體有限責任公司
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/18;G01C25/00;G01S19/42
• 代理公司: 北京超凡宏宇知識產權代理有限公司 11463
• 代理人: 張金銘

本發明公開了一種基于MEMS慣性組件的INS/DRGNSS松組合導航方法，由以下步驟組成：以INS/DR系統的位置誤差、失準角、陀螺零偏、以及里程計的尺度因子為狀態向量來建立狀態微分方程；以GNSS系統的位置信息和INS/DR系統的位置信息建立觀測方程；以所述狀態微分方程與觀測方程進入kalman濾波器迭代過程計算出INS/DR系統的狀態向量；利用所述狀態向量對INS/DR系統的位置、速度、姿態角和陀螺零偏誤差進行校正，得出校正后的位置、速度和姿態信息；本發明采用消費級的IMU達到了導航級器件的性能，陀螺熱致零偏估計方法可以在系統運行的過程中自主學習、自適應補償，不需要再做任何離線標定；本發明的安裝誤差估計算法可以自主估計，不再需要對裝配嚴格要求。

【技術領域】

本發明屬于導航技術領域，尤其涉及一種基于MEMS慣性組件的INS/DRGNSS松組合導航方法。

【背景技術】

現有的INS/DR系統多針對導航級IMU(慣性組件)傳感器為基礎的設計，和消費級MEMS IMU相比，導航級IMU的精度高幾個數量級，價格昂貴，無法滿足大眾消費的普及，而且導航級IMU的INS/DR系統可以通過傳感器本身的精度就可以完成捷聯慣性系統的精對準，而且對于陀螺儀和加速度計的各類誤差例如：零偏、零偏穩定性、隨機誤差、尺度因子等采用離線標定的方法，這給生產的技術要求和標定設備的精度要求很高，使得生產成本很高，而且不便于批量生產，同時要求IMU傳感器的安裝必須控制到和載體坐標系完全重合，給后期設備的裝配帶來諸多不便。

現有的INS/DRGNSS組合導航系統中將陀螺儀和加速度計等各類誤差(包含零偏、零偏穩定性、隨機誤差、尺度因子)引入到kalman濾波器的設計中，使得濾波器的狀態維數達到21維之多，導致系統的復雜度和計算量龐大。

隨著MEMS技術的發展，消費級MEMS IMU的成本已經降低到十幾元人民幣的級別，其精度也得到很大的提升，但是和傳統的導航級別相比仍然相差1到2個數量級，現有車載導航或監控系統中GNSS接收機在信號遮擋或消失的情況下精度惡化甚至無法定位。

【發明內容】

本發明的目的是提供一種基于MEMS慣性組件的INS/DRGNSS松組合導航方法，以解決現有車載導航或監控系統中GNSS接收機在信號遮擋或消失的情況下精度惡化甚至無法定位的問題。

本發明采用以下技術方案：一種基于MEMS慣性組件的INS/DRGNSS松組合導航方法，由以下步驟組成：

以INS/DR系統的位置誤差、失準角、陀螺零偏、以及里程計的尺度因子為狀態向量來建立狀態微分方程；

以GNSS系統的位置信息和INS/DR系統的位置信息建立觀測方程；

以狀態微分方程與觀測方程進入kalman濾波器迭代過程計算出INS/DR系統的狀態向量；

利用狀態向量對INS/DR系統的位置、速度、姿態角和陀螺零偏誤差進行校正，得出校正后的位置、速度和姿態信息。

進一步地，狀態微分方程為：

其中，F(t)是系統矩陣；G(t)是系統的噪聲驅動矩陣；是系統的狀態向量，表示為：是系統的激勵噪聲，表示為：是陀螺3個軸的零偏未標定誤差；φ_E,φ_N,φ_U是3個失準角，δL,δλ,δh是INS/DR系統的位置誤差，是東向陀螺零偏誤差，是北向陀螺零偏誤差，是天向陀螺零偏誤差，δK是里程計的尺度因子誤差。

進一步地，所述F(t)和G(t)的計算步驟如下：