[發(fā)明專利]一種慣導(dǎo)和雙天線GNSS外參標(biāo)定方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110563502.5
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113340298A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 岑益挺;賴際舟;呂品;李志敏;白師宇;王炳清;孫鑫;許曉偉;余文斌;朱靜漪;劉瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/34;G01C25/00;G01S19/47
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 曹蕓

本發(fā)明公開了一種慣導(dǎo)和雙天線GNSS外參標(biāo)定方法，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括如下步驟：用雙天線GNSS輸出對SINS進(jìn)行初始化，采用陀螺、加速度計(jì)傳感器對載體的姿態(tài)、速度、位置進(jìn)行預(yù)測，再將GNSS輸出的位置、速度和航向通過卡爾曼濾波器實(shí)現(xiàn)對慣導(dǎo)和雙天線GNSS外參的在線估計(jì)。相較于利用專業(yè)光學(xué)設(shè)備以獲得較高測量精度的傳統(tǒng)方法，本發(fā)明無須額外的專業(yè)設(shè)備，不僅節(jié)約了標(biāo)定成本，還可以提高標(biāo)定效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種慣導(dǎo)和雙天線GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))外參標(biāo)定方法，屬于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在高精度SINS/GNSS(捷聯(lián)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)/全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，需要利用GNSS測量信息對SINS的導(dǎo)航結(jié)果進(jìn)行修正，同時(shí)估計(jì)慣性器件本身的漂移。而GNSS天線和IMU通常情況下不會(huì)安裝在同一位置，因?yàn)镚NSS為了減少信號遮擋會(huì)被安裝于車輛頂部，而IMU(慣性測量單元)為了盡可能感應(yīng)車體的角速度和加速度會(huì)被固連于車體內(nèi)部，所以GNSS和SINS的位置、速度和航向也并不一致。為了更好的實(shí)現(xiàn)SINS與GNSS的組合，需要對兩者之間的外參進(jìn)行標(biāo)定，包括IMU和GNSS天線之間的桿臂，以及SINS的航向與GNSS的航向之間的偏差角，其中SINS的航向?yàn)镮MU的軸向指向，而雙天線GNSS的航向?yàn)镚NSS天線基線之間的航向。

當(dāng)GNSS天線安裝在車輛頂部而IMU安裝在車輛內(nèi)部時(shí)，利用尺或光學(xué)設(shè)備等傳統(tǒng)手段直接測量兩者之間的外參存在兩方面的問題，一是測量很不方便，二是測量精度有限，而如果外參測量不準(zhǔn)確，則會(huì)導(dǎo)致SINS/GNSS組合導(dǎo)航系統(tǒng)精度受限。

發(fā)明內(nèi)容

針對傳統(tǒng)外參測量手段測量精度有有限，且測量復(fù)雜、難度較大的問題，本發(fā)明提出了一種慣導(dǎo)和雙天線GNSS外參在線標(biāo)定方法，無須額外的專業(yè)設(shè)備，節(jié)約了標(biāo)定的成本，提高了標(biāo)定的效率。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：

一種慣導(dǎo)和雙天線GNSS外參標(biāo)定方法，包括以下步驟：

步驟1，周期采集k時(shí)刻車載傳感器信息，包括慣性傳感器信息和雙天線GNSS信息；

步驟2，根據(jù)k時(shí)刻的慣性傳感器數(shù)據(jù)，預(yù)測k時(shí)刻載體的姿態(tài)、速度、位置信息；

步驟3，若k時(shí)刻采集到雙天線GNSS數(shù)據(jù)，則通過卡爾曼濾波器估計(jì)k時(shí)刻慣導(dǎo)和雙天線GNSS之間的外參；否則，跳轉(zhuǎn)至步驟1；

步驟4，跳轉(zhuǎn)至步驟1。

所述步驟2的具體過程如下：

1)采用如下公式預(yù)測載體的姿態(tài)：

其中：

q(k)＝[q₀(k) q₁(k) q₂(k) q₃(k)]^T為k時(shí)刻的姿態(tài)四元數(shù)，上標(biāo)T表示矩陣的轉(zhuǎn)置，其中q₀(k)、q₁(k)、q₂(k)、q₃(k)為表示k時(shí)刻載體姿態(tài)的4個(gè)數(shù)字；

q(k-1)＝[q₀(k-1) q₁(k-1) q₂(k-1) q₃(k-1)]^T為k-1時(shí)刻的姿態(tài)四元數(shù)，其中q₀(k-1)、q₁(k-1)、q₂(k-1)、q₃(k-1)為表示k-1時(shí)刻載體姿態(tài)的4個(gè)數(shù)字；

ΔT為離散采樣周期；