[发明专利]一种基于GNSS与INS的自适应导航定位系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导航定位系统及方法，尤其涉及一种基于GNSS与INS的自适应导航定位系统及方法。

背景技术

GNSS(Global Navigation Satellite System全球卫星导航系统)，如北斗(BEIDOU)、GPS、Glonass等，越来越多的被人们所熟知。在室外空旷区域，其定位精度通常优于5米，该精度已经满足普通生活、生产所需。但在室内、地下、建筑密集区域，通常造成GNSS信号微弱、丢失以及产生多径效应，这些因素都会造成GNSS定位不准确，甚至无法定位。

INS(Inertial Navigation System，惯性导航系统)主要由IMU(Inertial Measurement Unit，惯性测量单元)组成，通常包括以下模块：3轴陀螺仪、3轴加速度计、3轴地磁计。其通过对惯性测量数据进行处理后，可得出对象的加速度、角速度、本地地磁信息，进而能够计算得出速度、姿态、航向等信息。在给定初始位置的基础上，可利用IMU进行自主导航定位，可以解决GNSS系统的覆盖问题。

传统IMU模块一般应用在舰船、飞机、特种装备上，其优点是测量精度高、漂移率小，能适应长时间连续工作，缺点是体积大、功耗高且价格昂贵。因此，传统IMU给行人导航定位带来了巨大的门槛。

当INS应用到行人时，由于行人行动加速度很小、速度低，加之MEMS IMU器件自身测量精度与漂移的缺陷，传统INS导航处理算法会在短时间造成巨大的累积误差，无法长时间提供准确的导航定位信息。为了克服MEMS IMU器件的劣势，通常在行人导航定位领域采用PDR(Pedestrian Dead-Reckoning，行人航迹推算)来进行处理。

行人航迹推算，是通过IMU检测判断行人跨步动作、估计步长、检测行动航向以实现行人的导航定位。传统行人航迹推算，步长估计依靠经验公式，无法进行动态调整，而且人体之间的差异性会导致每个人员在使用同一套定位算法时差异化严重，导致导航定位不准确。

发明内容

本发明针对PDR的步长估计模型不具有统一性，本发明提出了一种在GNSS导航定位状态下步长估计自适应方法，能够改善不同人在使用PDR导航时产生的差异性，提升PDR导航定位精度，对模糊区域的处理，能够改善INS导航定位起始信息，使室内外导航定位信息平滑过渡。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于GNSS与INS的自适应导航定位系统，包括GNSS接收机、IMU惯性测量单元、捷联惯导解算模块、PDR行人航迹推算模块、导航定位融合模块和电源模块，

所述GNSS接收机将定位信息和卫星信息发送至导航定位融合模块，

所述IMU惯性测量单元将导航定位信息依次通过捷联惯导解算模块、PDR行人航迹推算模块发送至导航定位融合模块，

所述PDR行人航迹推算模块通过采集GNSS的导航定位信息进行PDR步长自适应校准，

所述导航定位融合模块进行GNSS与INS导航定位信息进行融合后输出。

作为优选，所述惯性测量单元采用3轴MEMS陀螺仪芯片、3轴MEMS加速度计芯片、3轴MEMS电子罗盘芯片、MEMS气压高度计芯片组成。

作为优选，所述捷联惯导解算模块通过AHRS航姿参考系统计算得到载体航向、横滚、侧翻角度信息，再由坐标系旋转计算得到本地重力加速度方向的加速度矢量和。

一种基于GNSS与INS的自适应导航定位方法，方法步骤如下：

1)GNSS定位信息、卫星信息获取

获取GNSS接收机上报的定位信息、卫星信息，解析协议，缓存定位信息、卫星姿态、卫星信号信噪比、卫星数据有效性，GPS定位信息按时间1秒整合为序列[T_k,Lo_k,La_k]；

2)INS定位信息计算

利用PDR步长估计自适应算法，计算行人惯性测量信息，并做30秒内的缓存，按时间1秒整合为序列[T_k,p_k,y_k]，其中p_k为行人单步步长信息，y_k为航向信息；

3)INS定位更新策略