基於衛星導航接收機的gnss和mimu組合導航航向角估計方法
2023-04-25 12:31:11
基於衛星導航接收機的gnss和mimu組合導航航向角估計方法
【專利摘要】一種基於衛星導航接收機的GNSS和MIMU組合導航航向角估計方法，其步驟為：（1）利用衛星導航接收機獲取可見衛星星曆信息、接收機與可見衛星間的相對速度、相對加速度矢量和載體位置、速度信息，計算得到載體加速度矢量；（2）建立SINS在地心地固坐標系中的比力測量方程，根據衛星導航接收機測量得到的載體加速度矢量和MIMU中加速度計的測量值，採用動態調平計算水平姿態角；（3）根據比力測量方程，利用衛星導航接收機測量得到的加速度矢量、加速度計的測量值、計算得到的水平姿態角、速度矢量和當地重力矢量，求解得到航向角信息。本發明具有原理簡單、處理速度快、精度高、計算量小、自主性強等優點。
【專利說明】基於衛星導航接收機的GNSS和MIMU組合導航航向角估計方法
【技術領域】
[0001]本發明主要涉及到組合導航系統領域，特指一種適用於航空、航天等高動態條件下的GNSS和MIMU組合導航的航向角估計方法。
【背景技術】
[0002]全球衛星導航系統GNSS(Global Navigation Satellite System)具有全天候、連續的、實時的精密三維導航與定位能力，在個人定位服務、氣象預報、道路交通、鐵路交通、海運和水運、航空運輸、應急救援以及武器制導等民用和軍用領域極具應用價值；但缺點是動態性能較差、易受電磁幹擾、衛星信號易被遮擋等。最成熟、常用的GNSS系統是美國的全球定位系統 GPS (Global Positioning System)。捷聯慣性導航系統 SINS (StrapdownInertial Navigation System)是一種既不依賴於外部信息,又不發射信息的自主式導航系統，具有隱蔽性好、抗幹擾能力強等優點，缺點是導航誤差隨時間累積。由微慣性測量單兀 MIMU (MEMS based Inertial Measurement Units)構成的 SINS 由於具有成本低、全固態、可靠性高、抗衝擊性好、體積小、功耗低等優勢，成為近二十多年來慣性【技術領域】的研究熱點。將GNSS接收機與MIMU進行組合可以達到取長補短的效果，即可以充分利用MIMU短期精度高、不受外界幹擾和衛星導航長期精度高的優點，克服MIMU長期精度低和衛星導航系統動態性能較差、易受幹擾的缺點，進而在精度和可靠性方面可以獲得比單獨使用任何一種導航設備都優良的性能。
[0003]眾所周知，SINS進行導航解算前需要對位置、速度、姿態角進行初始化，其中對於姿態角的初始化過程稱為「對準」。對準一般分為自對準和傳遞對準兩類，高精度SINS才能實現自對準，低精度SINS —般採用傳遞對準。傳遞對準指在運動平臺上利用較高精度的捷聯慣性導航系統(稱為主慣導)信息實現較低精度的捷聯慣性導航系統(稱為子慣導)初始對準的過程。傳遞對準作為低精度捷聯慣性導航系統工作中的一個重要步驟，其精度和時間直接制約低精度捷聯慣性導航系統的性能，因此也對整個系統的綜合導航性能有著重要影響。
[0004]在GNSS/MMU組合導航系統應用過程中，一般採用傳遞對準的方法實現導航系統航向角的確定。但是，傳遞對準需要實時得到主慣導或基準系統的導航信息，難以滿足航空、航天日益迫切的高性價比等應用要求。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題就在於:針對現有技術存在的技術問題，本發明提供一種原理簡單、處理速度快、精度高、計算量小、自主性強的基於衛星導航接收機的GNSS和MIMU組合導航航向角估計方法。
[0006]為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案:
[0007]一種基於衛星導航接收機的GNSS和MMU組合導航航向角估計方法，其步驟為:[0008](I)利用衛星導航接收機獲取可見衛星星曆信息、接收機與可見衛星間的相對速度、相對加速度矢量和載體位置、速度信息，計算得到載體加速度矢量；
[0009](2)建立SINS在地心地固坐標系中的比力測量方程，根據衛星導航接收機測量得到的載體加速度矢量和MIMU中加速度計的測量值，採用動態調平計算水平姿態角；
[0010](3)根據比力測量方程，利用衛星導航接收機測量得到的加速度矢量、加速度計的測量值、計算得到的水平姿態角、速度矢量和當地重力矢量，求解得到航向角信息。
[0011 ] 作為本發明的進一步改進:所述步驟(1)中的載體加速度矢量\是由衛星導航接收機的輸出信息計算得到，計算式為:
[0012]
【權利要求】
1.一種基於衛星導航接收機的GNSS和MMU組合導航航向角估計方法，其特徵在於，步驟為:(1)利用衛星導航接收機獲取可見衛星星曆信息、接收機與可見衛星間的相對速度、相對加速度矢量和載體位置、速度信息，計算得到載體加速度矢量；(2)建立SINS在地心地固坐標系中的比力測量方程，根據衛星導航接收機測量得到的載體加速度矢量和MIMU中加速度計的測量值，採用動態調平計算水平姿態角；(3)根據比力測量方程，利用衛星導航接收機測量得到的加速度矢量、加速度計的測量值、計算得到的水平姿態角、速度矢量和當地重力矢量，求解得到航向角信息。
2.根據權利要求1所述的基於衛星導航接收機的GNSS和MIMU組合導航航向角估計方法，其特徵在於，所述步驟(1)中的載體加速度矢量\是由衛星導航接收機的輸出信息計算得到，計算式為:
3.根據權利要求1所述的基於衛星導航接收機的GNSS和MIMU組合導航航向角估計方法，其特徵在於，所述步驟(2)中採用動態調平計算滾動角Φ和俯仰角Θ的計算式為:
4.根據權利要求1所述的基於衛星導航接收機的GNSS和MIMU組合導航航向角估計方法,其特徵在於,所述步驟(3)中SINS在地心地固坐標系中加速度矢量\的測量方程為:
【文檔編號】G01C25/00GK103575297SQ201310532435
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】羅兵, 何曉峰, 唐康華, 胡小平, 王安成, 江明明, 吳美平, 張開東, 練軍想, 劉偉 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學