基于GNSS-RTK與IMU的組合導(dǎo)航方法及設(shè)備技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于GNSS

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于GNSS
?
RTK與IMU的組合導(dǎo)航方法及設(shè)備


[0001]本專利技術(shù)涉及導(dǎo)航
，具體涉及一種基于GNSS
?
RTK與IMU的組合導(dǎo)航方法及設(shè)備。

技術(shù)介紹

[0002]目前在對小轎車、客車、貨車、特種作業(yè)車輛等機動車進行實時的高精度定位時，大多采用基于GNSS(Global Navigation Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))的方案配合RTK(Real
?
time kinematic，實時動態(tài)載波相位差分技術(shù))來進行實現(xiàn)，該方案在傳統(tǒng)的開闊和空曠區(qū)域可以實現(xiàn)對機動車實時位置的厘米級精度定位。但是，當(dāng)車輛在城市、園區(qū)、特定道路等衛(wèi)星定位信號受干擾、屏蔽等影響較大的場景下行駛時，或者在面向自動駕駛領(lǐng)域的實際運行場景下應(yīng)用時，以及對機動車的定位數(shù)據(jù)需要進行連續(xù)和持續(xù)性的高精度保持時，僅僅依靠傳統(tǒng)GNSS與RTK相結(jié)合的方式進行定位，依然會產(chǎn)生較大的定位偏移，難以達到預(yù)期的定位精度。
[0003]超緊致GPS(Global Positioning System，全球定位系統(tǒng))和慣性耦合是一種純硬件實現(xiàn)方案，存在技術(shù)門檻高、成本造價高的缺點，由于其將GPS與IMU(Inertial Measurement Unit，慣性測量單元)采用超緊致的方式進行了耦合處理，對生產(chǎn)廠商的硬件制造、集成、成品率等提出了較高的要求，對于技術(shù)的應(yīng)用存在較大的局限性不利于進行推廣應(yīng)用，而且會顯著提高產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
[0004]傳統(tǒng)的GNSS與IMU松組合導(dǎo)航模式，通常是將GNSS輸出的位置、速度與IMU解算的位置、速度之差作為量測信息送入卡爾曼濾波器，然后通過濾波器估計并校正IMU解算的誤差。這種方法忽略了GNSS本身的精度也存在一定概率的波動，GNSS模塊給出的位置數(shù)據(jù)本身也存在一個誤差，在某些情況下GNSS的誤差值可能會高于IMU解算得到的誤差值。忽略這種情況時，會存在當(dāng)載體連續(xù)運動的時候，突然出現(xiàn)較大偏移的位置飛點，導(dǎo)致位置數(shù)據(jù)偏差過大。
[0005]針對上述中的相關(guān)技術(shù)，專利技術(shù)人認為如何在不增加太多成本的情況下提高連續(xù)定位的精度，已成為一個亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本專利技術(shù)提出了一種基于GNSS
?
RTK與IMU的組合導(dǎo)航方法及設(shè)備，在不增加太多成本的情況下提高了定位精度。
[0007]本專利技術(shù)的第一方面，提出了一種基于GNSS
?
RTK與IMU的組合導(dǎo)航方法，所述方法包括：
[0008]待GNSS
?
RTK模塊初始化完成后，通過所述GNSS
?
RTK模塊獲取載體的第一初始定位信息；所述第一初始定位信息包括：第一初始位置和第一初始速度；
[0009]根據(jù)所述第一初始定位信息，結(jié)合IMU模塊反饋的傳感器數(shù)據(jù)解算得到所述載體的第二初始定位信息；所述第二初始定位信息包括：第二初始位置、第二初始速度和初始姿
態(tài)角；
[0010]通過GNSS
?
RTK模塊獲取所述載體的第一實時定位信息；所述第一實時定位信息包括：第一實時位置和第一實時速度；
[0011]根據(jù)所述IMU模塊反饋的傳感器數(shù)據(jù)，解算出所述載體的第二實時定位信息；所述第二實時定位信息包括：第二實時位置、第二實時速度和實時姿態(tài)角；
[0012]根據(jù)所述第一實時定位信息和所述第二實時定位信息進行組合導(dǎo)航，得到所述載體的第三實時定位信息；所述第三實時定位信息包括：第三實時位置、第三實時速度和所述實時姿態(tài)角。
[0013]優(yōu)選地，所述IMU模塊反饋的傳感器數(shù)據(jù)包括：加速度計測量的線加速度和陀螺儀測量的角速度信息；
[0014]所述初始姿態(tài)角包括：初始俯仰角、初始橫滾角和初始航向角；
[0015]“根據(jù)所述第一初始定位信息，結(jié)合IMU模塊反饋的傳感器數(shù)據(jù)解算得到所述載體的第二初始定位信息”的步驟包括：
[0016]待所述IMU模塊初始化完成后，獲取所述IMU模塊反饋的傳感器數(shù)據(jù)，進而根據(jù)下式確定從機體坐標(biāo)系到導(dǎo)航坐標(biāo)系的初始變換矩陣：
[0017]其中，n和b分別表示導(dǎo)航坐標(biāo)系和機體坐標(biāo)系；和分別表示根據(jù)所述第一初始位置獲取的導(dǎo)航坐標(biāo)系下的重力加速度和地球自轉(zhuǎn)角速度；和分別表示所述IMU模塊中的加速度計測量的線加速度和陀螺儀測量的角速度信息，且和均為機體坐標(biāo)系下的值；
[0018]根據(jù)所述初始變換矩陣，將所述第一初始位置轉(zhuǎn)換為機體坐標(biāo)系下的所述第二初始位置；
[0019]確定所述第二初始速度和所述初始姿態(tài)角。
[0020]優(yōu)選地，“根據(jù)所述IMU模塊反饋的傳感器數(shù)據(jù)，解算出所述載體的第二實時定位信息”的步驟包括：
[0021]計算所述實時姿態(tài)角；
[0022]計算所述第二實時速度；
[0023]計算所述第二實時位置。
[0024]優(yōu)選地，所述實時姿態(tài)角包括：實時航向角、實時俯仰角和實時橫滾角；
[0025]“計算所述實時姿態(tài)角”的步驟包括：
[0026]根據(jù)下式計算所述實時航向角：
[0027]根據(jù)下式計算所述實時俯仰角：θ＝arcsinC
32
[0028]根據(jù)下式計算所述實時橫滾角：
[0029]其中，ψ、θ和φ分別代表所述實時航向角、所述實時俯仰角和所述實時橫滾角；C
12
、C
22
、C
32
、C
31
和C
33
分別為姿態(tài)矩陣中相應(yīng)位置的數(shù)值；所述姿態(tài)矩陣為由機體坐標(biāo)系到導(dǎo)航計算坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣。
[0030]優(yōu)選地，“計算所述第二實時速度”的步驟包括：
[0031]根據(jù)下式計算速度增量：
[0032]其中，其中，
[0033]表示導(dǎo)航坐標(biāo)系下k時刻的速度增量，n表示導(dǎo)航坐標(biāo)系，表示導(dǎo)航坐標(biāo)系下比力增量，表示加速度在導(dǎo)航坐標(biāo)系下的余弦向量，Δt表示時間增量，g
n
表示導(dǎo)航坐標(biāo)系下重力加速度，表示為k
?
1時刻的姿態(tài)矩陣，b表示機體坐標(biāo)系，I表示重力加速度補償量，表示導(dǎo)航坐標(biāo)系到機體坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矢量的角度，
×
表示的反對稱矩陣，表示機體坐標(biāo)系比力增量，表示每周期加計比力；
[0034]根據(jù)所述速度增量計算出所述第二實時速度。
[0035]優(yōu)選地，“計算所述第二實時位置”的步驟包括：
[0036]根據(jù)下式計算所述載體的位移：
[0037]其中，表示導(dǎo)航坐標(biāo)系下k時刻所述載體的位移，n表示導(dǎo)航坐標(biāo)系，表示k
?
1時刻的導(dǎo)航坐標(biāo)系速度，表示重力哥氏加速度補償量，T
k
表示k時刻的計算周期，表示k時刻的比力速度增量積分；
[0038]根據(jù)所述載體的位移和實時姿態(tài)矩陣計算出b系下所述第二實時位置。
[0039]優(yōu)選地，“根據(jù)所述第本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于GNSS
?
RTK與IMU的組合導(dǎo)航方法，其特征在于，所述方法包括：待GNSS
?
RTK模塊初始化完成后，通過所述GNSS
?
RTK模塊獲取載體的第一初始定位信息；所述第一初始定位信息包括：第一初始位置和第一初始速度；根據(jù)所述第一初始定位信息，結(jié)合IMU模塊反饋的傳感器數(shù)據(jù)解算得到所述載體的第二初始定位信息；所述第二初始定位信息包括：第二初始位置、第二初始速度和初始姿態(tài)角；通過GNSS
?
RTK模塊獲取所述載體的第一實時定位信息；所述第一實時定位信息包括：第一實時位置和第一實時速度；根據(jù)所述IMU模塊反饋的傳感器數(shù)據(jù)，解算出所述載體的第二實時定位信息；所述第二實時定位信息包括：第二實時位置、第二實時速度和實時姿態(tài)角；根據(jù)所述第一實時定位信息和所述第二實時定位信息進行組合導(dǎo)航，得到所述載體的第三實時定位信息；所述第三實時定位信息包括：第三實時位置、第三實時速度和所述實時姿態(tài)角。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GNSS
?
RTK與IMU的組合導(dǎo)航方法，其特征在于，所述IMU模塊反饋的傳感器數(shù)據(jù)包括：加速度計測量的線加速度和陀螺儀測量的角速度信息；所述初始姿態(tài)角包括：初始俯仰角、初始橫滾角和初始航向角；“根據(jù)所述第一初始定位信息，結(jié)合IMU模塊反饋的傳感器數(shù)據(jù)解算得到所述載體的第二初始定位信息”的步驟包括：待所述IMU模塊初始化完成后，獲取所述IMU模塊反饋的傳感器數(shù)據(jù)，進而根據(jù)下式確定從機體坐標(biāo)系到導(dǎo)航坐標(biāo)系的初始變換矩陣：其中，n和b分別表示導(dǎo)航坐標(biāo)系和機體坐標(biāo)系；和分別表示根據(jù)所述第一初始位置獲取的導(dǎo)航坐標(biāo)系下的重力加速度和地球自轉(zhuǎn)角速度；和分別表示所述IMU模塊中的加速度計測量的線加速度和陀螺儀測量的角速度信息，且和均為機體坐標(biāo)系下的值；根據(jù)所述初始變換矩陣，將所述第一初始位置轉(zhuǎn)換為機體坐標(biāo)系下的所述第二初始位置；確定所述第二初始速度和所述初始姿態(tài)角。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GNSS
?
RTK與IMU的組合導(dǎo)航方法，其特征在于，“根據(jù)所述IMU模塊反饋的傳感器數(shù)據(jù)，解算出所述載體的第二實時定位信息”的步驟包括：計算所述實時姿態(tài)角；計算所述第二實時速度；計算所述第二實時位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于GNSS
?
RTK與IMU的組合導(dǎo)航方法，其特征在于，所述實時姿態(tài)角包括：實時航向角、實時俯仰角和實時橫滾角；“計算所述實時姿態(tài)角”的步驟包括：根據(jù)下式計算所述實時航向角：根據(jù)下式計算所述實時俯仰角：θ＝arcsinC
32
根據(jù)下式計算所述實時橫滾角：其中，ψ、θ和φ分別代表所述實時航向角、所述實時俯仰角和所述實時橫滾角；C
12
、C
22
、C
32
、C
31
和C
33
分別為姿態(tài)矩陣中相應(yīng)位置的數(shù)值；所述姿態(tài)矩陣為由機體坐標(biāo)系到導(dǎo)航計算坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換矩陣。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于GNSS
?
RTK與IMU的組合導(dǎo)航方法，其特征在于，“計算所述第二實時速度”的步驟包括：根據(jù)下式計算速度增量：其中，其中，其中，表示導(dǎo)航坐標(biāo)系下k時刻的速度增量，n表示導(dǎo)航坐標(biāo)系，表示導(dǎo)航坐標(biāo)系下比力增量，表示加速度在導(dǎo)航坐標(biāo)系下的余弦向量，Δt表示時間增...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郎斌，陳俊，吳少華，
申請(專利權(quán))人：智誠時空科技浙江有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：