專利名稱：低成本無人車導(dǎo)航方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種導(dǎo)航方法。具體地說是一種利用微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng) (MSINS)和只輸出位置信息的GPS構(gòu)成的、用于無人車的組合導(dǎo)航系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
MSINS采用微型慣性測量組件——微機械陀螺和加速度計作為其慣性測量單元， 因此，其具有成本低、體積小、高可靠、抗振動、抗沖擊的優(yōu)點，但是由于微機械陀螺的零位誤差較其他類型陀螺零位誤差要大，所以不宜單獨使用，需要利用外傳感器輔助。由于無人車的導(dǎo)航要求——只需要提供位置、速度信息，而且要求低成本，所以采用GPS/MSINS組合導(dǎo)航系統(tǒng)為無人車進行導(dǎo)航定位，其中，GPS只需要位置輸出(保證低成本性)，這樣，就可以利用GPS的位置信息作為輔助信息，校正MSINS的系統(tǒng)參數(shù)，抑制由較大的陀螺零位誤差引起的捷聯(lián)解算誤差積累。但是，考慮到無人車可能會在叢林、隧道、峽谷等環(huán)境中使用，導(dǎo)致GPS信號因遮擋而失效，MSINS單獨工作，誤差會迅速積累，所以在GPS信號失效時利用自速度校正技術(shù)輔助MSINS。所謂自速度校正，指行駛中的車輛，載體系上χ軸、ζ軸速度在理論上應(yīng)為零，但由于捷聯(lián)解算誤差的存在，導(dǎo)致實際解算的載體系上兩軸速度不為零，則可以根據(jù)存在的速度差作為外部輔助信息估測捷聯(lián)測量系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)。在CNKI中關(guān)于無人車導(dǎo)航技術(shù)的相關(guān)文章主要有5篇，分別是《GPS/INS組合車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的兩種卡爾曼濾波結(jié)構(gòu)》，主要研究GPS/INS車載組合導(dǎo)航系統(tǒng)中分散濾波結(jié)構(gòu)和聯(lián)合濾波結(jié)構(gòu)兩種濾波結(jié)構(gòu)的比較，沒有考慮GPS信號失效的問題。《GPS組合導(dǎo)航系統(tǒng)在車輛導(dǎo)航中的應(yīng)用》，主要研究GPS/航位推算/地圖匹配車載組合導(dǎo)航系統(tǒng)?！稇T導(dǎo)/里程儀組合導(dǎo)航系統(tǒng)算法研究》，主要研究利用低精度慣導(dǎo)和里程儀組合為車輛導(dǎo)航，及如何利用慣導(dǎo)為里程儀進行誤差修正來提高導(dǎo)航定位精度?！痘谄椒礁鵘KF的車輛組合導(dǎo)航》，主要研究利用GPS和航位推算系統(tǒng)進行組合為車輛導(dǎo)航，其中使用的濾波算法是UKF濾波算法。《GPS/DR組合導(dǎo)航系統(tǒng)在車輛連續(xù)定位中的研究》，主要研究利用壓電陀螺、里程儀和GPS組合為車輛導(dǎo)航。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能保證無人車導(dǎo)航定位的精度、連續(xù)性、可靠性和低成本性的低成本無人車導(dǎo)航方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的將GPS及微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)安裝于無人車上構(gòu)成無人車導(dǎo)航系統(tǒng)，在GPS信號可用時，GPS輸出的位置信息作為無人車導(dǎo)航系統(tǒng)的位置輸出，利用GPS輸出的位置信息作為外部輔助信息，估測微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)的速度誤差，用估測量校正微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)的速度輸出后作為無人車導(dǎo)航系統(tǒng)的速度輸出；在GPS信號不可用時，利用自速度校正技術(shù)提供外部輔助信息，估測微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)的速度誤差和位置誤差、包括緯度誤差和經(jīng)度誤差，用估測量校正微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)的速度輸出和位置輸出后作為無人車導(dǎo)航系統(tǒng)的速度輸出和位置輸出?？紤]到無人車的導(dǎo)航定位信息需求量少——只需要速度、位置信息，而且要求低成本，利用GPS/MSINS組合導(dǎo)航系統(tǒng)為無人車進行導(dǎo)航定位。GPS接收機只需要輸出位置信息來輔助MSINS，當(dāng)GPS信號失效時，采用自速度校正技術(shù)替代GPS的輔助作用，約束微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)的誤差積累，保證了無人車導(dǎo)航定位的精度、連續(xù)性、可靠性和低成本性。本發(fā)明技術(shù)具有以下優(yōu)點低成本的MSINS和只需要輸出位置信息的GPS組合，為無人車進行導(dǎo)航定位。當(dāng)GPS信號失效時，不需要增加額外的傳感器，利用自速度校正技術(shù)輔助MSINS繼續(xù)工作，從而保證了無人車在任何環(huán)境下都可以連續(xù)不斷地提供高精度的位置、速度信息，同時保證了系統(tǒng)的低成本性。對本發(fā)明的有益效果說明還包括戶外車載試驗的試驗結(jié)果試驗條件(1)無人車導(dǎo)航系統(tǒng)中主要器件參數(shù)如下微機械陀螺儀的零偏穩(wěn)定性0. 7度/秒加速度計的零偏穩(wěn)定性0. 01g(g為重力加速度)GPS單點定位精度1. 8米GPS數(shù)據(jù)更新率1赫茲(2)試驗車在試驗場地中繞圈行駛，行駛速度在5米/秒左右，在試驗車直線行駛和拐彎過程中，兩次人為屏蔽GPS信號30秒，分別記錄沒有自速度校正技術(shù)輔助下的導(dǎo)航定位結(jié)果和在自速度校正技術(shù)輔助下的導(dǎo)航定位結(jié)果。實驗所得結(jié)果證明在沒有自速度校正技術(shù)輔助下，GPS信號失效30秒時，捷聯(lián)解算的位置軌跡呈發(fā)散狀，東向位置誤差最大達到145米(|實測值-真實值|)，北向位置誤差最大達到205米(I實測值-真實值I)；在自速度校正技術(shù)輔助下，捷聯(lián)解算的位置軌跡能夠跟蹤上試驗車真實的運動軌跡，東向位置誤差最大達到2. 5米(I實測值-真實值|)， 北向位置誤差最大達到3米(I實測值-真實值I)，滿足無人車導(dǎo)航定位的精度要求。


圖 1.圖 2. 30 秒)；圖 3. 30 秒)；圖 4. 30 秒)；圖 5.圖 6. 30 秒)；
無人車導(dǎo)航系統(tǒng)工作流程沒有自速度校正技術(shù)輔助的載體運行軌跡(直線運動過程中GPS信號中斷沒有自速度校正技術(shù)輔助的載體運行軌跡(拐彎運動過程中GPS信號中斷在自速度校正技術(shù)輔助下的載體運行軌跡(直線運動過程中GPS信號中斷圖4的局部放大在自速度校正技術(shù)輔助下的載體運行軌跡(拐彎運動過程中GPS信號中斷
圖7.圖6的局部放大圖。
具體實施例方式下面舉例對本發(fā)明做更詳細的描述步驟1、將GPS及微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)固定安裝于無人車，并利用數(shù)據(jù)傳輸電纜將 GPS及微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)相連通；步驟2、GPS輸出位置信息，并將此位置信息作為初始位置信息手工裝訂至微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)的導(dǎo)航計算機，所述的初始位置信息包括初始的經(jīng)度、緯度；步驟3、微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)進行預(yù)熱和初始對準；步驟4、微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)進入導(dǎo)航工作狀態(tài)，利用加速度計輸出fb和陀螺輸出 4實時測量捷聯(lián)姿態(tài)矩陣T，實時測量沿地理坐標(biāo)系東向、北向和天向的速度F/,F/,F/，實時測量位置信息，即經(jīng)度、緯度λ e，Le ；由捷聯(lián)姿態(tài)矩陣T和沿地理坐標(biāo)系的速度測量沿載體坐標(biāo)系的速度G，實
時測量得到
權(quán)利要求
1.一種低成本無人車導(dǎo)航方法，其特征是將GPS及微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)安裝于無人車上構(gòu)成無人車導(dǎo)航系統(tǒng)，在GPS信號可用時，GPS輸出的位置信息作為無人車導(dǎo)航系統(tǒng)的位置輸出，利用GPS輸出的位置信息作為外部輔助信息，估測微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)的速度誤差，用估測量校正微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)的速度輸出后作為無人車導(dǎo)航系統(tǒng)的速度輸出； 在GPS信號不可用時，利用自速度校正技術(shù)提供外部輔助信息，估測微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)的速度誤差和位置誤差、包括緯度誤差和經(jīng)度誤差，用估測量校正微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)的速度輸出和位置輸出后作為無人車導(dǎo)航系統(tǒng)的速度輸出和位置輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低成本無人車導(dǎo)航方法，其特征是具體步驟為步驟1、將GPS及微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)固定安裝于無人車，并利用數(shù)據(jù)傳輸電纜將GPS 及微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)相連通；步驟2、GPS輸出位置信息，并將位置信息作為初始位置信息裝訂至微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)的導(dǎo)航計算機，所述的初始位置信息包括初始的經(jīng)度、緯度； 步驟3、微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)進行預(yù)熱和初始對準；步驟4、微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)進入導(dǎo)航工作狀態(tài)，利用加速度計輸出fb和陀螺輸出4實時測量捷聯(lián)姿態(tài)矩陣T，實時測量沿地理坐標(biāo)系東向、北向和天向的速度C,F/,F/，實時測量位置信息，即經(jīng)度、緯度由捷聯(lián)姿態(tài)矩陣T和沿地理坐標(biāo)系的速度測量沿載體坐標(biāo)系的速度G，實時測量得到
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低成本無人車導(dǎo)航方法，其特征是步驟7中的Kalmanl濾波器中，系統(tǒng)方程和量測方程如下
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低成本無人車導(dǎo)航方法，其特征是步驟9中的Kalman2濾波器中，系統(tǒng)方程和
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種低成本無人車導(dǎo)航方法。將GPS及微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)安裝于無人車上構(gòu)成無人車導(dǎo)航系統(tǒng)，在GPS信號可用時，GPS輸出的位置信息作為無人車導(dǎo)航系統(tǒng)的位置輸出，利用GPS輸出的位置信息作為外部輔助信息，估測微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)的速度誤差，用估測量校正微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)的速度輸出后作為無人車導(dǎo)航系統(tǒng)的速度輸出；在GPS信號不可用時，利用自速度校正技術(shù)提供外部輔助信息，估測微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)的速度誤差和位置誤差，用估測量校正微慣性捷聯(lián)測量系統(tǒng)的速度輸出和位置輸出后作為無人車導(dǎo)航系統(tǒng)的速度輸出和位置輸出。本發(fā)明的無人車進行導(dǎo)航定位方法能保證無人車導(dǎo)航定位的精度、連續(xù)性、可靠性和低成本性。
文檔編號G01C21/34GK102183260SQ20111006749
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者于飛, 奔粵陽, 孫楓, 李倩, 高偉 申請人:哈爾濱工程大學(xué)