[發明專利]基于運動檢測的機場飛行區車輛差分北斗/SINS組合導航方法

有效

• 申請號: 202110372112.X
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113029139B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 胡杰;陳平;丁輝;石瀟竹;鮑帆;李賀
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十八研究所
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01S19/49
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華

本發明公開了基于運動檢測的機場飛行區車輛差分北斗/SINS組合導航方法，當衛星信號有效時，利用GNSS輸出實時車輛速度和位置校正SINS誤差，一旦檢測到衛星信號失效，本發明提出利用SINS輸出車輛運動信息實現運動狀態在線檢測，包括：停車、直線行駛以及拐彎行駛三種狀態，并切換組合導航系統至對應的輔助約束模式，分別對應零速修正、動態零速修正或僅時間更新的動態零速修正三種運動學約束模式，同時，為了提高車輛運動狀態檢測準確率，本發明利用Vondrak濾波器對SINS輸出角速度和加速度進行平滑預處理并通過計算SINS輸出角速度、加速度以及速度信息聯合廣義似然函數實現車輛運動狀態檢測，保證飛行區車輛定位結果魯棒性和連續性。

技術領域

本發明涉及衛星導航/慣性導航融合領域，具體涉及一種基于運動檢測的機場飛行區車輛差分北斗/SINS組合導航方法。

背景技術

近年來，我國航空業迅速發展，機場飛行區作業車輛數量隨之急劇增加，建立飛行區車輛監控管理系統有利于實現車輛可視化、數字化以及精細化管理。實現車輛監控管理的前提是車載導航系統能夠實時、準確地提供車輛的行駛態勢信息。車載導航定位系統中組合使用捷聯式慣性導航系統(SINS，Strapdown?Inertial?Navigation?System)與全球衛星導航系統(GNSS，Global?Navigation?Satellite?System)可以實時獲得車輛行駛速度、位置以及姿態等信息。我國北斗導航系統已完成全球組網建設，正逐步推進其在民航領域中的應用，差分北斗與SINS融合后將為飛行區車輛提供高精度定位服務。衛星信號有效時，利用SINS輸出車輛運動信息與GNSS進行數據融合，能夠獲得車輛行駛最優速度、位置等參數。一旦車載衛星信號受到遮擋，比如，飛行區車輛經過廊橋、屋檐或者隧道等區域，衛星信號會出現短時間不可用情形，此時GNSS無法提供車輛速度與位置信息，SINS由于受慣性測量單元(IMU，Inertial?Measurement?Unit)漂移、安裝誤差等因素影響，其位置誤差會隨著時間積累，無法保證車載導航系統定位結果的連續性。

為了提高車載組合導航系統在衛星信號受限環境下定位結果的連續性，許多學者開展了相關研究工作，主要集中在以下3個方面。一是增加輔助傳感器，如里程計、地圖數據或磁強計，以便在GNSS衛星信號中斷期間提供外部觀測量。然而，此方法需要外部傳感器來校正SINS誤差，這不僅限制了導航系統的應用范圍，而且增加了成本和系統復雜性。另一種解決方案是基于非線性濾波技術，比如：使用Sigma點Kalman濾波器或粒子濾波器來校正GNSS中斷期間的SINS誤差。這些方法只有在建立了精確的非線性運動學模型后，才能有效地估計SINS累積誤差。除此之外，許多學者研究通過增加速度、姿態或高度約束來抑制GNSS衛星信號失效時的SINS累積誤差，比如：零速修正技術、動態零速修正技術等。零速修正技術只適用于車輛完全靜止狀態，而動態零速修正技術對于直線行駛的車輛具有較好地抑制效果。車載組合導航系統GNSS衛星不可用時選擇一種適合的誤差修正技術是目前車載組合導航研究領域難點之一，同時，如何根據SINS輸出信息準確檢測車輛行駛狀態也是目前該領域的一個難點。

發明內容

發明目的：為了提高機場飛行區車載差分北斗/SINS組合導航系統在GNSS衛星信號衰弱、斷續甚至中斷時的導航精度，提供了一種基于運動檢測的機場飛行區車輛差分北斗/SINS組合導航方法，有效提升了車載組合導航系統復雜路況環境下的定位精度。

技術方案：為了解決上述技術問題，本發明提供一種基于運動檢測的機場飛行區車輛差分北斗/SINS組合導航方法，包括以下步驟：

S1：根據差分北斗導航系統接收機輸出衛星信號判斷當前導航信息是否有效，如果北斗衛星信號有效，組合導航濾波器根據接收機輸出車輛速度和位置信息進行卡爾曼(Kalman)濾波器更新，并反饋校正SINS；