[发明专利]一种基于GPS速度信息的加速度计标定方法

权利要求书

1.一种基于GPS速度信息的加速度计标定方法，其特征在于：包括以下几个步骤：

步骤一：GPS采集模块和惯性测量组件分别采集同一运载体的GPS测量系统和DR测量系统的测量数据，包括GPS测量数据和DR测量数据，并进行时间对准；其中，GPS测量数据包括位置、航向和速度，DR测量系统包括加速度计加速度测量值和陀螺角速度；

步骤二：实时监控GPS测量数据，通过判定准则对GPS测量数据的可用性进行判断，若GPS测量系统出现一段连续且精度可用的速度数据，则存储该区间GPS速度作为可用GPS速度数据，具体包括以下几个步骤；

(1)当采集的GPS测量速度值大于等于速度阈值时，GPS测量数据可用：

v_GPS≥v_threshold

其中，v_GPS为GPS测量速度，v_threshold为速度阈值；

(2)当连续两时刻GPS测量系统输出的航向差的绝对值小于等于角度差阈值时，则GPS测量数据可用：ΔΨ|≤θ_threshold

其中，θ_threshold为角度差阈值，ΔΨ为连续两时刻GPS测量系统输出的航向差；

(3)GPS测量系统的DOP值在小于等于精度因子阈值时，GPS测量数据可用：

HDOP≤DOP_threshold

其中，DOP_threshold为精度因子阈值，HDOP为水平位置几何精度因子；

(4)利用双差分序列对GPS测量数据可用性进行判断，具体包括以下步骤：

a.获得DR测量差分序列为：

ΔDRN(k)=[v(k-1)+a(k)*T]*T*cos(ψ(k))ΔDRE(k)=[v(k-1)+a(k)*T]*T*sin(ψ(k))k=1,2,3...]]>

其中，k为组合导航系统滤波解算时刻；ΔDR^N(k)为k时刻DR测量系统北向位置差分结果；ΔDR^E(k)为k时刻DR测量系统东向位置差分结果；v(k-1)为k-1时刻卡尔曼滤波得到的速度值；a(k)为k-1～k时间段内加速度计加速度测量值；T为卡尔曼滤波周期；Ψ(k)为k时刻航向值，由上一时刻的卡尔曼滤波航向值加上k-1～k时间段陀螺仪测量的航向角变化量得到；

b.获得GPS测量差分序列为：

ΔGPSN(k)=GPSN(k)-GPSN(k-1)ΔGPSE(k)=GPSE(k)-GPSE(k-1)k=1,2,3...]]>

其中，k为组合导航系统滤波解算时刻；GPS^N(k)、GPS^E(k)分别为k时刻GPS输出的北向位置、东向位置；ΔGPS^N(k)和ΔGPS^E(k)分别为k时刻GPS输出的北向位置的差分结果及东向位置的差分结果；

c.获得GPS/DR双系统测量互差分序列为：

CN(k)=ΔGPSN(k)-ΔDRN(k)CE(k)=ΔGPSE(k)-ΔDRE(k)k=1,2,3...]]>

其中，k为组合导航系统滤波解算时刻；C^N(k)、C^E(k)分别为k时刻北向位置、东向位置的互差分结果；ΔDR^N(k)为k时刻DR测量系统北向位置差分结果；ΔDR^E(k)为k时刻DR测量系统东向位置差分结果；ΔGPS^N(k)和ΔGPS^E(k)分别为k时刻GPS输出的北向位置的差分结果及东向位置的差分结果；

d.获得双测量系统单历元互差分结果估计的测量系统GPS的观测噪声为：

C(k)＝[C^N(k)，C^E(k)]

R^1(k)=(C(k)C(k)T)/2]]>

其中，k为组合导航系统滤波解算时刻；C(k)为位置互差分向量；为k时刻基于双测量系统单历元互差分的估计结果，C^N(k)、C^E(k)分别为k时刻北向位置、东向位置的互差分结果；

e.设定观测噪声阈值，当利用双差分序列得到的观测噪声小于等于观测噪声阈值R_threshold，则GPS测量速度量测值可用。

即R^1(k)≤R_threshold]]>

其中，R_threshold为观测噪声阈值；

(5)当全部满足上述四种判定准则的连续可用测量数据持续时间达到连续时间阈值时，则该时间段GPS速度数据可用：

t≥t_threshold

其中，t_threshold为连续时间阈值；

步骤三：利用步骤二获得的可用GPS速度数据作差得到加速度数据，结合加速度计获得的加速度计加速度测量值，采用最小二乘法对加速度计刻度因数和零偏误差进行估计，具体包括以下几个步骤：

a.确定函数关系如下：

a_ireal＝K·a_i-a_bias

其中，a_ireal为i时刻加速度真值；a_i为i时刻加速度计加速度测量值；K为加速度计的刻度因数；a_bias为加速度计的零偏估计值；

b.将经步骤二得到的可用GPS速度数据作差得到加速度信息，作为加速度的参考数据，对GPS速度数据每隔3～10点求一次差值，求得结果除以相应的间隔点数得到相应时刻的加速度数值；

c.设定估计准则如下：

J=Σi=1m[ΔviGPS-(K·ai-abias)]=min]]>

其中，J为代价函数，Δv_iGPS为i-1～i时刻可用GPS速度测量值的差值；a_i为i时刻加速度计加速度测量值；K加速度计的刻度因数；a_bias为加速度计的零偏估计值；m是用来进行最小二乘估计是所选用的连续可用的GPS速度数据个数，min表示使得代价函数J达到最小。

步骤四：将利用步骤三的最小二乘法得到的加速度计刻度因数和加速度计零偏误差估计值a_bias与预设的加速度计刻度因数和预设的加速度计零偏误差估计值进行比较，设定相应的判决条件以判断是否对预设的加速度计刻度因数和预设的加速度计零偏误差估计值进行更新，具体包括以下几个步骤；

将步骤三中计算得到的加速度计刻度因数和加速度计零偏误差估计值分别与预设的加速度计刻度因数和预设的加速度计零偏误差估计值求差值，若得到的加速度计刻度因数的差值与预设的加速度计刻度因数的比值大于等于10％～20％，或得到的加速度计零偏误差估计值的差值与预设的加速度计零偏误差估计值的比值大于等于10％～20％，则对预设的加速度计刻度因数和预设的加速度计零偏误差估计值均进行更新，将预设的加速度计刻度因数和预设的加速度计零偏误差估计值更新为步骤三中计算得到的加速度计刻度因数和加速度计零偏误差估计值；如果得到的加速度计刻度因数的差值与预设的加速度计刻度因数的比值小于10％～20％，且得到的加速度计零偏误差估计值的差值与预设的加速度计零偏误差估计值的比值小于10％～20％，则对预设的加速度计刻度因数和预设的加速度计零偏误差估计值均不进行更新，预设的加速度计刻度因数和预设的加速度计零偏误差估计值均保持不变，完成一次加速度计标定；

步骤五：设定间隔时间T，在一次加速度计标定完成正常运行时间T后，返回步骤二，继续监控GPS测量数据，当再次出现满足步骤二要求的可用GPS速度数据，则将新得到的GPS速度数据利用步骤三的方法对加速度计刻度因数和加速度计零偏误差估计值进行重新标定，并根据步骤四的判定准则判断是否需要对预设的加速度计刻度因数和加速度计零偏误差估计值进行更新，实现加速度计的动态标定。