基於GNSS的慣性導航加速度計漂移實時補償方法與流程
2023-12-09 16:51:01 2
本發明屬於信號處理技術領域，特別是涉及一種加速度計漂移實時補償方法，可用於慣性導航系統。
背景技術：
全球衛星導航系統GNSS，如北鬥BD、GPS、GLONASS等，具有全天候，全球覆蓋，定速定時高精度，快速省時高效率，應用廣泛等優點。
慣性導航系統INS是一種不依賴於外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導航系統。慣性導航系統的基本工作原理是以牛頓力學定律為基礎，通過測量載體在慣性參考系的加速度，將它對時間進行積分，且把它變換到導航坐標系中，得到在導航坐標系中的速度、偏航角和位置等信息，具有不依賴環境條件如氣象、地形等，導航系統不易受幹擾等優點，但是誤差會積累，造成輸出精度變低，系統產生漂移等。
慣性導航系統的核心器件是加速度計和陀螺儀，利用它們的輸出進行坐標變換和積分可解算出航跡。這兩種器件的輸出都會漂移，而積分運算又會將漂移造成的幹擾累積，使得幹擾問題進一步嚴重。
目前比較常用的慣導系統漂移修正方法是零速校正，即確定陀螺儀漂移和加速度計測量誤差模型的參數，從而確定在慣導工作時按照陀螺儀漂移和加速度計測量誤差模型消除部分誤差。但是通過轉臺等對平臺慣導進行標定，步驟繁瑣，費時長，效率低，而且標定時反覆開關機會造成電機負載波動、有損壽命。
技術實現要素：
本發明的目的在於針對現有技術的不足，提出一種基於GNSS的慣性導航系統的加速度計漂移實時補償方法，以縮短檢測時長，提高效率，延長電機壽命。
技術方案
本發明是根據全球衛星導航系統GNSS輸出信息的導航定位信息，對慣性導航系統的加速度計漂移進行實時補償，其實現步驟包括如下：
S1.獲取慣性導航系統INS輸出的X軸方向加速度信號ax1和Y軸方向加速度信號ay1，並在上一時刻t0到當前時刻t1內對加速度信號進行積分，計算當前時刻慣性導航系統INS的X軸方向速度值vx1和Y軸方向速度值vy1；
S2.獲取全球衛星導航系統GNSS當前時刻t1的定位信息(x1，y1)與上一時刻t0輸出的定位信息(x0，y0)，計算全球衛星導航系統GNSS的X軸方向速度值vx和Y軸方向速度值vy；
S3.計算慣性導航系統INS的X軸方向加速度漂移值ax與Y軸方向加速度漂移值ay：
S31)根據慣性導航系統INS測得的速度值vx1與vy1和全球衛星導航系統GNSS測得的速度值vx和vy，得到慣性導航系統INS的X軸方向速度變化斜率vxd與Y軸方向速度變化斜率vyd：
S32)對慣性導航系統INS的X軸方向速度變化斜率vxd與Y軸方向速度變化斜率vyd進行求導，計算t0到t1時間段內慣性導航系統INS的X軸方向加速度漂移值ax與Y軸方向加速度漂移值ay；
S4.計算慣性導航系統INS的X軸方向加速度漂移值變化斜率axd與Y軸方向加速度漂移值變化斜率ayd；
S5.利用S4的結果分別對慣性導航系統INS在下一時刻t2的X軸方向加速度值ax2和Y軸方向加速度值ay2進行補償，得到補償後的X軸方向加速度值和Y軸方向加速度值
本發明與現有技術相比，具有如下優點：
1、本發明由於通過計算慣性導航系統INS加速度計的漂移值來進行補償，無需確定加速度計測量誤差模型的參數來消除部分誤差，步驟簡單，效率高；
2、本發明由於通過計算慣性導航系統INS正常持續工作時的參數進行補償，無需反覆開關機，能延長慣性導航系統中的電機的使用壽命；
3、本發明由於引入全球衛星導航系統GNSS的實時導航信息，誤差累積小，精度高，實時性好。
附圖說明
圖1為現有的GNSS的慣性導航系統圖；
圖2為本發明的實現流程圖。
具體實施方式
參照圖1，本發明使用的GNSS的慣性導航系統，包括GNSS接收機1，INS慣性測量單元2，速度解算模塊3，積分模塊4，速度斜率計算模塊5，微分模塊6，漂移值變化率計算模塊7和漂移補償模塊8。GNSS接收機模塊1接收衛星的導航定位信息並輸出至速度解算模塊3；速度解算模塊3接收GNSS接收機1輸出的導航定位信息，計算GNSS接收機1的當前速度，並輸出至速度斜率計算模塊5；INS慣性測量單元2將當前時刻的加速度信息輸出至積分模塊4；積分模塊4將INS慣性測量單元2的加速度信息進行積分，計算INS慣性測量單元2的當前速度，並輸出至速度斜率計算模塊5；速度斜率計算模塊5分別接收速度解算模塊3和積分模塊4輸出的速度值，計算INS慣性測量單元2速度變化的斜率，並輸出至微分模塊6；微分模塊6對INS慣性測量單元2速度變化的斜率進行微分，計算出INS慣性測量單元2加速度計的漂移值，並將該漂移值輸出至漂移值變化率計算模塊7；漂移值變化率計算模塊7根據INS慣性測量單元2加速度計的漂移值計算上一時刻到當前時刻內INS慣性測量單元2加速度漂移值的變化率，並輸出至漂移補償模塊8；漂移補償模塊8計算當前時刻到下一時刻INS慣性測量單元2加速度的漂移值，輸出至INS慣性測量單元2，對下一時刻INS慣性測量單元2的加速度值進行補償。
參照圖2，本發明基於上述系統對慣性導航加速度計漂移進行實時補償的方法，其實現步驟如下：
步驟1，獲取當前時刻慣性導航系統INS的加速度。
分別採集慣性導航系統INS的在X軸方向加速度計和Y軸方向加速度計的輸出值，得到慣性導航系統INS輸出的X軸方向加速度ax1和Y軸方向加速度ay1。
步驟2，對慣性導航系統INS的加速度進行積分。
2.1)在上一時刻t0到當前時刻t1內，對慣性導航系統INS的X軸方向加速度ax1進行積分，得到當前時刻慣性導航系統INS的X軸方向速度值vx1：
2.2)在上一時刻t0到當前時刻t1內，對慣性導航系統INS的Y軸方向加速度ay1進行積分，得到當前時刻慣性導航系統INS的Y軸方向速度值vy1：
步驟3，獲取全球衛星導航系統GNSS的導航定位信息。
採集全球衛星導航系統GNSS輸出至慣性導航系統INS經緯度信息，得到全球衛星導航系統GNSS當前時刻t1的導航定位信息(x1，y1)與上一時刻t0的導航定位信息(x0，y0)。
步驟4，計算全球衛星導航系統GNSS的速度值。
4.1)根據將全球衛星導航系統GNSS在當前時刻t1的X軸方向的導航定位信息x1與在上一時刻t0的X軸方向的導航定位信息x0的差值，與當前時刻t1與上一時刻t0的差值，得到全球衛星導航系統GNSS的X軸方向速度值vx:
4.2)根據將全球衛星導航系統GNSS在當前時刻t1的Y軸方向的導航定位信息y1與在上一時刻t0的Y軸方向的導航定位信息y0的差值，及當前時刻t1與上一時刻t0的差值，得到全球衛星導航系統GNSS的Y軸方向速度值vy:
步驟5，計算慣性導航系統INS的速度變化值。
5.1)根據全球衛星導航系統GNSS在當前時刻t1的X軸方向速度值vx與慣性導航系統INS在當前時刻t1的X軸方向速度值vx1的差值，及當前時刻t1與上一時刻t0的差值，得到慣性導航系統INS的X軸方向速度變化斜率vxd：
5.2)根據全球衛星導航系統GNSS在當前時刻t1的Y軸方向速度值vy與慣性導航系統INS在當前時刻t1的Y軸方向速度值vy1之差，及當前時刻t1與上一時刻t0的差值，得到慣性導航系統INS的Y軸方向速度變化斜率vyd：
步驟6，計算慣性導航系統INS的加速度漂移值。
6.1)對慣性導航系統INS的X軸方向速度變化斜率vxd進行微分，得到上一時刻t0到當前時刻t1時間段內慣性導航系統INS的X軸方向加速度漂移值ax：
6.2)對慣性導航系統INS的Y軸方向速度變化斜率vyd進行微分，得到上一時刻t0到當前時刻t1時間段內慣性導航系統INS的Y軸方向加速度漂移值ay：
步驟7，計算當前時刻慣性導航系統INS的加速度漂移值的變化率。
7.1)將慣性導航系統INS的X軸方向加速度漂移值ax，比上當前時刻t1與上一時刻t0的差值，得到慣性導航系統INS的X軸方向加速度漂移值變化斜率axd：
7.2)將慣性導航系統INS的Y軸方向加速度漂移值ay，比上當前時刻t1與上一時刻t0的差值，得到慣性導航系統INS的Y軸方向加速度漂移值變化斜率ayd：
步驟8，計算下一時刻慣性導航系統INS的加速度漂移值。
8.1)根據當前時刻INS的X軸方向加速度漂移值的變化率axd計算出下一時刻t2導航系統INS的X軸方向加速度漂移值
8.2)根據當前時刻INS的Y軸方向加速度漂移值的變化率ayd，計算出下一時刻t2w導航系統INS的Y軸方向加速度漂移值
步驟9，對下一時刻慣性導航系統INS的加速度進行補償。
9.1)利用步驟8得到的X軸方向加速度漂移值對性導航系統INS在下一時刻t2的X軸方向加速度值ax2進行補償，得到補償後的X軸方向加速度值
9.2)利用步驟8得到的Y軸方向加速度漂移值對慣性導航系統INS在下一時刻t2的Y軸方向加速度值ay2進行補償，得到補償後的Y軸方向加速度值
以上描述僅是本發明的一個具體實例，顯然對於本領域的專業人員來說，在了解了本發明內容和原理後，都可能在不背離本發明原理、結構的情況下，進行形式和細節上的各種修正和改變，但是這些基於本發明思想的修正和改變仍在本發明的權利要求保護範圍之內。