【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及車輛導航領(lǐng)域，尤其涉及一種應用于車輛工程、自動駕駛的ins/gps組合導航的單天線動態(tài)初始化的方法
技術(shù)介紹
1、目前，各家汽車生產(chǎn)廠家在其自動/自動輔助駕駛的定位技術(shù)中，經(jīng)常采用了一種ins(慣性導航)/gps組合導航的方式來進行定位，該組合導航方式不僅能在衛(wèi)星信號良好的情況下依靠衛(wèi)星導航系統(tǒng)提供精確的定位信息，還可以在隧道、地庫、高層建筑間、茂密林蔭道等由于被遮擋導致衛(wèi)星信號消失的場合/路況下，依靠車輛自身信號解算出準確的定位信息。
2、ins/gps組合導航的原理在于，利用慣性測量單元測量的角速度和加速度進行積分解算來獲得車身姿態(tài)和速度信息，并使用經(jīng)過姿態(tài)投影的速度進行積分來推算位置信息。但實際應用時，由于慣性器件自身存在較大噪聲，積分過程產(chǎn)生的誤差逐漸增大，且慣性器件輸出的信息量是一個相對量，因此組合導航系統(tǒng)通常需要借助外部準確的觀測量對組合導航進行初始化以及卡爾曼濾波算法(kalman濾波算法，規(guī)定了閉環(huán)控制品質(zhì)，而且還規(guī)定了控制器輸出，克服了控制器輸出跳動的缺點，有較好的控制效果)估計，來提高組合導航定姿定位精度。
3、現(xiàn)有技術(shù)下的汽車導航零部件市場上有單天線和雙天線兩種方案來提供外部觀測信息，其中，雙天線方案提供航向角、速度、位置信息，該方案提供的航向角精度較高而準確，其原理在于，由于雙天線有兩個點的位置信息，通過兩點連成的直線很方便地就可以確認方向，不需要系統(tǒng)有任何的運動，在靜止狀態(tài)下也可以獲得準確的航向角，但是雙天線gps存在具有安裝難度大(存在雙天線航向角安裝誤差角度)、
4、經(jīng)過在開闊場地的實際測試，單天線的組合導航系統(tǒng)存在累計誤差，并呈發(fā)散趨勢，而雙天線系統(tǒng)在合理的隨機誤差內(nèi)，呈收斂趨勢。不過由于單天線方案具有制造成本低、體積小、易安裝的特點，雖然單天線無法直接提供航向角信息，但也不存在航向角安裝誤差的問題，所以在定位精度上基本是可以替代雙天線，成為了眾多汽車生產(chǎn)廠商的導航零部件首選。
5、但是，隨著汽車研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的激烈競爭以及客戶對車輛的性能需求，單天線無法直接提供航向角信息的問題也慢慢顯現(xiàn)出來，而航向角初始化信息對組合導航至關(guān)重要，因此，需要使得單天線也能間接得到準確的航向角信息來提高組合定姿定位精度成為了一個必不可少的趨勢。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)下的單天線方案存在的車輛運動過程中單天線提供速度、位置信息初始化和觀測量進行狀態(tài)估計，僅依靠靜態(tài)下慣性器件計算的初始化姿態(tài)信息進行迭代更新，但由于初始化航向角信息不準確且陀螺器件自身存在較大的噪聲，由姿態(tài)投影解算得出的速度不準確，速度積分解算出的位置信息不準確，導致組合導航定位精度低的問題，本專利技術(shù)提供了一種應用于ins/gps組合導航的單天線動態(tài)初始化方法，可以克服單天線無法提供航向角的劣勢，即當車速大于20km/h時，且gps信號良好時，gps東北速度計算的航向角和俯仰角作為動態(tài)初始化的姿態(tài)信息，用以更新姿態(tài)矩陣，并建立合適的觀測量進行卡爾曼濾波融合，對慣導系統(tǒng)誤差進行在線估計和校正，從而提高組合導航的精度，最終有效地解決單天線無法直接提供航向角觀測量進行組合導航航向角初始化的問題。
2、本專利技術(shù)的一種應用于ins/gps組合導航的單天線動態(tài)初始化方法，其具體方案如下所述：
3、1)將組合導航系統(tǒng)上電，使其靜態(tài)初始化；
4、2)初始化濾波參數(shù)并設(shè)置相關(guān)矩陣；
5、3)上述步驟中，采用卡爾曼濾波進一步預測過程，計算出狀態(tài)向量x、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和狀態(tài)向量協(xié)方差矩陣p，如下公式
6、
7、式中：
8、k時刻狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣、k+1時刻狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；
9、xk、xk+1：k時刻狀態(tài)向量、k+1時刻狀態(tài)向量；
10、pk、pk+1：k時刻狀態(tài)向量協(xié)方差矩陣、k+1時刻狀態(tài)向量協(xié)方差矩陣；
11、4)動態(tài)初始化：
12、本步驟采用gps東北速度計算的航向角和俯仰角，而橫滾角則采用上一時刻的慣導解算的結(jié)果，并更新狀態(tài)矩陣、速度和位置信息；
13、橫滾角即運載體橫軸與水平線之間的夾角叫橫滾角，本專利技術(shù)中的導航系統(tǒng)用來標識目標的橫向傾角，其值等于目標物體所在平面上與艏艉線垂直的線與其在水平面的投影間的夾角。
14、5)上述步驟4)中，對濾波器參數(shù)進行初始化，狀態(tài)向量x置0、狀態(tài)向量協(xié)方差矩陣p設(shè)置為初始值，車載和慣性測量單元設(shè)置誤差角和里程計系數(shù)估計值，其他桿臂的估計值全都置0，并標識動態(tài)初始化狀態(tài)位；
15、6)卡爾曼濾波更新過程：
16、本步驟利用步驟3)中卡爾曼濾波預測過程計算出的狀態(tài)向量協(xié)方差矩陣p，結(jié)合量測方程系數(shù)矩陣h、觀測量噪聲矩陣r，計算出增益矩陣k、狀態(tài)向量誤差矩陣x和狀態(tài)向量協(xié)方差矩陣p，公式如下：
17、
18、xk+1＝xk+kk(zk-hkxk)
19、pk+1＝(i-kkhk)pk
20、式中：
21、kk：k時刻增益矩陣；
22、rk：k時刻觀測量噪聲矩陣；
23、hk：k時刻量測方程系數(shù)矩陣；
24、i：單位矩陣；
25、xk、xk+1：k時刻狀態(tài)向量誤差矩陣、k+1時刻狀態(tài)向量誤差矩陣；
26、pk、pk+1：k時刻狀態(tài)向量協(xié)方差矩陣、k+1時刻狀態(tài)向量協(xié)方差矩陣；
27、7)進行補償反饋：
28、本步驟采用上述步驟6)獲得的狀態(tài)向量誤差矩陣x對導航輸出結(jié)果進行補償，補償完狀態(tài)量后，對相應的狀態(tài)向量誤差矩陣x的狀態(tài)量置0，若無補償則不置0；
29、8)迭代更新并導航輸出：
30、上述步驟7)的補償反饋過程完成后，即為一次卡爾曼濾波的更新過程結(jié)束，進行下一步預測過程的計算，并進行新的一次卡爾曼濾波的更新過程，反復進行步驟1)～步驟7)的迭代更新，進行卡爾曼濾波計算估計，為導航輸出過程提供穩(wěn)定可靠的位置、速度、姿態(tài)信息。
31、根據(jù)本專利技術(shù)所述的一種應用于ins/gps組合導航的單天線動態(tài)初始化方法，其特征在于，所述的步驟1)的靜態(tài)初始化，其判斷方式為，如無衛(wèi)星gps信號則判斷靜態(tài)初始化未完成，直至衛(wèi)星信號良好，判斷為靜態(tài)初始化完成，進行下一步驟。
32、根據(jù)本專利技術(shù)所述的一種應用于ins/gps組合導航的單天線動態(tài)初始化方法，其特征在于，所述的步驟4)的動態(tài)初始化，其判斷是否達到動態(tài)初始化的條件為，當gps固定解且車速大于20km/h。
33、gps固定解即觀測過程中接本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種應用于INS/GPS組合導航的單天線動態(tài)初始化方法，包括單天線的組合導航系統(tǒng)，其具體如下：
2.如權(quán)利要求1所述的一種應用于INS/GPS組合導航的單天線動態(tài)初始化方法，其特征在于，所述的步驟1)的靜態(tài)初始化，其判斷方式為，如無衛(wèi)星GPS信號則判斷靜態(tài)初始化未完成，直至衛(wèi)星信號良好，判斷為靜態(tài)初始化完成，進行下一步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的一種應用于INS/GPS組合導航的單天線動態(tài)初始化方法，其特征在于，所述的步驟4)的動態(tài)初始化，其判斷是否達到動態(tài)初始化的條件為，當GPS固定解且車速大于20km/h。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種應用于ins/gps組合導航的單天線動態(tài)初始化方法，包括單天線的組合導航系統(tǒng)，其具體如下：
2.如權(quán)利要求1所述的一種應用于ins/gps組合導航的單天線動態(tài)初始化方法，其特征在于，所述的步驟1)的靜態(tài)初始化，其判斷方式為，如無衛(wèi)星gps信號則判斷靜態(tài)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張潔萍，鄧芬芬，史斌杰，
申請(專利權(quán))人：上海華依智造動力技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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