[發明專利]一種面向低速運動載體中MEMS級IMU的初始對準方法

有效

• 申請號: 202110080286.9
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112902950B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 羅亞榮;游盛勇;胡建朗;郭遲
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C25/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 許蓮英

本發明提出了一種面向低速運動載體中MEMS級IMU的新型初始對準方法。導航系統獲取初始化時刻載體的緯度、經度，不同時刻載體的緯度、經度，傳輸至微處理器；IMU模塊采集相鄰時刻的角速度增量信息和速度增量信息，傳輸至微處理器；微處理器選取合適的初始對準結束時刻，計算初始對準開始時刻到初始對準結束時刻載體的真實位置增量向量；將相鄰時刻的角度和速度增量信息通過機械編排算法從而獲得初始對準結束時刻載體的緯度和經度估計值，后計算初始對準開始時刻到初始對準結束時刻載體的位置增量向量估計值；計算得到航向誤差角；微處理器將獲得的航向誤差角反饋回捷聯慣性導航系統，實現導航系統的初始對準。本發明提高了慣性導航系統初始對準精度。

技術領域

本發明屬于導航方法及應用技術領域，尤其涉及一種面向低速運動載體中MEMS級IMU的初始對準方法。

背景技術

慣性導航系統由于其優越的自主性，在巡邏機器人等低速運動載體中應用廣泛。其中，捷聯慣性導航系統開始導航任務前要先進行初始對準，目的是建立精確的初始姿態矩陣，從而得到載體相對空間的姿態。對準精度和時間是初始對準的重要的指標，反映系統的導航性能。作為慣導系統的一個關鍵技術，初始對準是一直是自主導航系統的研究熱點。

初始姿態矩陣包含橫滾角、俯仰角和航向角。對于低成本的MEMS級IMU來說，俯仰角和橫滾角可以通過靜基座重力測量的方式獲得，因此對初始航向誤差的估計是動態粗對準方法的主要任務。

傳統方法是通過建立非線性慣性導航系統的誤差動力學模型，利用卡爾曼濾波實現對初始航向誤差的估計。然而這些方法都是面向高速運動載體，對于配置了低等級的IMU和單天線GNSS測量系統的低速運動載體來說，這些方法運算量高、運算時間長。

針對現有的問題，本發明提出了一種面向低速運動載體中低成本的MEMS級IMU的初始對準方法。與傳統方法相比，本方法確保對準精度的同時具備對準時間短、計算簡單的優點，在實際工程中具有良好的應用前景。

在地球表面小范圍內運動的捷聯慣性導航系統有一個特性：通過具有初始對準誤差的捷聯慣導系統解算獲得的載體運動軌跡與載體的真實運動軌跡之間存在一個純旋轉關系，而該純旋轉誤差主要由初始對準誤差引起的。本發明基于捷聯慣導系統這一特性，反向求解初始對準誤差，從而實現對低速運動載體的初始對準。

發明內容

本發明提供一種面向低速運動載體中MEMS級IMU的初始對準方法。

本發明定位系統包括：微處理器、導航系統、IMU模塊；

所述微處理器分別與所述的導航系統、IMU模塊依次連接。

所述面向低速運動載體的初始對準方法包括以下步驟：

步驟1：導航系統獲取初始化時刻載體的緯度、初始化時刻載體的經度，采集不同時刻載體的緯度、不同時刻載體的經度，導航系統將初始化時刻載體的緯度、初始化時刻載體的經度、不同時刻載體的緯度、不同時刻載體的經度傳輸至微處理器；IMU模塊采集相鄰時刻的角速度增量信息、相鄰時刻的速度增量信息，IMU模塊將相鄰時刻的角速度增量信息、相鄰時刻的速度增量信息傳輸至微處理器；

步驟2：微處理器選取合適的采集時刻作為初始對準結束時刻，計算初始對準開始時刻到初始對準結束時刻載體的真實位置增量向量；

步驟3：微處理器將相鄰時刻的角度增量信息、速度增量信息通過捷聯慣性導航系統的機械編排算法從而獲得初始對準結束時刻載體的緯度估計值，初始對準結束時刻載體的經度估計值，計算初始對準開始時刻到初始對準結束時刻載體的位置增量向量估計值；

步驟4：通過初始對準開始時刻到初始對準結束時刻載體的真實位置增量向量、初始對準開始時刻到初始對準結束時刻載體的位置增量向量估計值進行計算得到航向誤差角；