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国产化卫星/MEMS组合导航模块的设计实现

作者:王佩生,兰利东等时间:2012-07-16来源:电子产品世界

  姿态误差方程为: 
  速度误差方程为: 
  位置误差方程为:  

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/134653.htm

  其中,为姿态误差, 为速度误差, 为位置误差。为输出角速度误差矢量, 为所测得的比力误差矢量。 

  卡尔曼滤波器系统状态向量由15项构成,其中, 为姿态误差角;分别为载体的东向、北向和天向速度误差;分别为纬度误差、经度误差和高度误差;分别为陀螺随机常值漂移和加速度计随机常值零偏。具体卡尔曼滤波算法功能通过软件代码实现。

  通过软件实现所设计的捷联算法与组合滤波算法。重点研究了采用EKF组合算法之后的系统误差状态向量的估计情况。并通过matlab软件对卫星/组合中的各种误差向量估计做仿真观测。并在实际路测环境下,获得导航全参数。如图6所示为路测试验专用车。

  如图7所示,红色为卫星导航,蓝色为组合导航,当试验车路过城市峡谷时,由于遮挡和多路径效应等,卫星导航出现较大偏差,而组合导航表现良好。

  如图8所示,当路测试验车进入地下车库时,卫星导航立刻中断,而组合导航依然能够维持导航能力。  

 

  当卫星导航信号中断,组合导航模块的定位、定速性能将逐渐恶化,而姿态角受影响较小。表1给出了组合滤波算法在不同的卫星导航中断间隔内的实测结果。在静态情况下,姿态角误差小于0.2°,航向角误差小于0.5°。在动态情况下,姿态角与航向角误差小于1°,如果卫星导航信号突然中断,将能持续30秒,定位精度维持在20米内。  

 

  硬件平台

  本文以多模导航接收机、-IMU、磁强计构成的超低成本微小型组合导航模块为研究对象,结合实际需求,设计组合导航架构;通过比较传统SINS与现代-SINS,提出实用的MEMS-SINS的初始化方案和捷联解算算法;基于MEMS-IMU,给出卫星/MEMS组合导航模块工程化的滤波算法,实现非线性连续系统的线性离散化。仿真与实测试验结果表明:在MEMS-IMU精度较低的情况下,通过相关算法的合理设计,仍可以实现较高精度导航。图9展示了自主设计的卫星/MEMS组合导航模块和集成开发软件平台。

  参考文献

  [1]G H Elkaim. Comparison of Low-Cost GPS/INS Sensors for Autonomous Vehicle Applications [J]. 2008, 1133: 1144.
  [2]Michael J. Caruso Applications of Magnetic Sensors for Low Cost Compass Systems [R]. Honeywell Inc, 2000.
  [3]David H Titterton, John L Weston. Strapdown Inertial Navigation Technology 2nd Edition [M]. The IEE, 2004.
  [4]秦永元, 张洪钺, 汪叔华. 卡尔曼滤波与组合导航原理[M]. 西安: 西北工业大学出版社, 1998.
  [5]Di Li. Based Low-cost Inertial/GPS Integrated Navigation Platform: Design and Experiments [J]. Journal of GPS, 2007
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