[發(fā)明專利]一種基于圖優(yōu)化的組合導(dǎo)航系統(tǒng)融合定位方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310289708.2
• 申請日: 2023-03-23
• 公開（公告）號: CN116147622A
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱海洋;趙云;王慧;智鵬飛;朱志宇;葛慧林
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16;G01C21/20;G01S19/49
• 代理公司: 南京中高專利代理有限公司 32333
• 代理人: 徐福敏

本發(fā)明公開了一種基于圖優(yōu)化的組合導(dǎo)航系統(tǒng)融合定位方法，包括：對IMU軌跡信息進(jìn)行解算，獲取各時(shí)刻下的第一定位載體位置；將各時(shí)刻下的第一定位載體位置作為頂點(diǎn)，建立圖優(yōu)化模型；通過GNSS數(shù)據(jù)獲取在相鄰的第一時(shí)刻和第二時(shí)刻之間的定位載體的第一位置轉(zhuǎn)移關(guān)系，并將第一位置轉(zhuǎn)移關(guān)系作為圖優(yōu)化模型的量測；通過IMU軌跡信息獲取在相鄰的第一時(shí)刻和第二時(shí)刻之間的定位載體的第二位置轉(zhuǎn)移關(guān)系，并將第二位置轉(zhuǎn)移關(guān)系作為圖優(yōu)化模型的待優(yōu)化變量；根據(jù)量測和待優(yōu)化變量建立目標(biāo)函數(shù)，并通過萊文貝格－馬夸特算法進(jìn)行優(yōu)化；當(dāng)目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化至最小值時(shí)，獲取對應(yīng)的誤差修正量，對IMU數(shù)據(jù)解算進(jìn)行修正。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于圖優(yōu)化的組合導(dǎo)航系統(tǒng)融合定位方法。

背景技術(shù)

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GlobalNavigation?Satellite?System，GNSS)系統(tǒng)作為傳統(tǒng)定位技術(shù)手段，在大部分場景都可以提供絕對的位置信息，但在室內(nèi)，城市峽谷等特殊環(huán)境應(yīng)用受限。慣性傳感器(Inertial?MeasurementUnit，IMU)數(shù)據(jù)可以不受外界信號因素的影響，但在長時(shí)間的定位中因?yàn)榉e分解算原理容易形成誤差累積。因此，組合導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSSIMU)融合為當(dāng)前主流的組合導(dǎo)航方法。

傳統(tǒng)GNSS定位系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下接收衛(wèi)星信號數(shù)目較少，由于GNSS定位系統(tǒng)位置解算原理基于最小二乘原理，衛(wèi)星信號提供的約束越少而定位精度就會(huì)越低。而在一些極端情況由于約束過少甚至?xí)?dǎo)致GNSS系統(tǒng)無法定位的情況，而完全依靠IMU系統(tǒng)便會(huì)導(dǎo)致定位精度降低。基于濾波的解算方法基于馬爾科夫性概率假設(shè)，只考慮當(dāng)前時(shí)刻量測信息，歷史信息被封存于被統(tǒng)計(jì)原理認(rèn)定為最優(yōu)估計(jì)的“上一時(shí)刻”，無法被直接利用，導(dǎo)致傳統(tǒng)濾波算法對歷史信息利用率較低，造成的誤差較大。得益于算力的增長，圖優(yōu)化算法通過建立更多的量測約束，將不同時(shí)刻的狀態(tài)信息進(jìn)行批量估計(jì)，更直接有效地利用了歷史存儲信息，優(yōu)化估計(jì)結(jié)果具有更高的準(zhǔn)確性。但直接將不同時(shí)刻的GNSS定位信息與IMU位置軌跡信息進(jìn)行圖優(yōu)化建模，只是從計(jì)算形式上將迭代計(jì)算的濾波替換為規(guī)模化的最小二乘求解，并沒有引入更多的約束信息。同時(shí)，GNSS的定位結(jié)果亦是建立在衛(wèi)星偽距上的一次估計(jì)，其本身是處理后的，非原始的直接測量信息。

因此，如何通過增強(qiáng)GNSS定位信息與IMU位置軌跡信息之間的關(guān)聯(lián)性在算法模型中的作用，以提升組合導(dǎo)航系統(tǒng)解算的精度與有效性，成為目前亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于圖優(yōu)化的組合導(dǎo)航系統(tǒng)融合定位方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的組合導(dǎo)航系統(tǒng)存在GNSS定位信息與IMU位置軌跡信息之間的關(guān)聯(lián)性利用效率不足，導(dǎo)致定位精度和有效性低的問題。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于圖優(yōu)化的組合導(dǎo)航系統(tǒng)融合定位方法，包括：

對IMU軌跡信息進(jìn)行解算，獲取各時(shí)刻下的第一定位載體位置；

將各時(shí)刻下的第一定位載體位置作為頂點(diǎn)，建立圖優(yōu)化模型；

通過GNSS數(shù)據(jù)獲取在相鄰的第一時(shí)刻和第二時(shí)刻之間的定位載體的第一位置轉(zhuǎn)移關(guān)系，并將第一位置轉(zhuǎn)移關(guān)系作為圖優(yōu)化模型的量測；

通過IMU軌跡信息獲取在相鄰的第一時(shí)刻和第二時(shí)刻之間的定位載體的第二位置轉(zhuǎn)移關(guān)系，并將第二位置轉(zhuǎn)移關(guān)系作為圖優(yōu)化模型的待優(yōu)化變量；

根據(jù)量測和待優(yōu)化變量建立目標(biāo)函數(shù)，并通過萊文貝格－馬夸特算法進(jìn)行優(yōu)化；

當(dāng)目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化至最小值時(shí)，獲取對應(yīng)的誤差修正量，對IMU數(shù)據(jù)解算進(jìn)行修正。

可選地，在對IMU軌跡信息進(jìn)行解算，獲取各時(shí)刻下的第一定位載體位置之前，還包括：

通過讀取星歷數(shù)據(jù)進(jìn)行衛(wèi)星位置匹配，獲取各衛(wèi)星在ECEF坐標(biāo)系下各個(gè)時(shí)刻對應(yīng)的衛(wèi)星位置；

通過GNSS數(shù)據(jù)獲取各衛(wèi)星在所有時(shí)刻的偽距信息；