[发明专利]基于GPS与加速度计的姿态观测方法

说明书

技术领域

本公开属于组合导航技术领域，涉及一种基于GPS与加速度计的姿态观测方法。

背景技术

组合导航技术以测量运动载体的姿态、速度和位置信息为目的，获取姿态观测数据是惯性与GPS组合导航获取长时间、高精度测量结果的关键内容之一。

组合导航技术中的主要测量器件包括陀螺和加速度计，由于实际应用中受陀螺体积、重量、功耗、价格等诸多因素的限制，常选用低精度陀螺进行集成测试，但低精度陀螺存在无法对准、导航时间短、姿态误差累积等缺点，而获取实时的、没有姿态误差累积的姿态观测数据对于提高惯性与GPS组合导航的长时间、高精度导航能力的关键点，因此，亟需提出一种姿态观测方法，能够获取实时的、误差不随时间累积的姿态信息。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种基于GPS与加速度计的姿态观测方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种基于GPS与加速度计的姿态观测方法，包括：根据GPS测量的位置信息获取地理坐标系下载体的测量加速度信息；根据地理坐标系与本体坐标系下载体的测量加速度信息，建立姿态方程；以及根据载体运动状态求解姿态方程。

在本公开的一些实施例中，根据GPS测量的位置信息获取地理坐标系下载体的测量加速度信息包括：根据GPS测量的位置信息获取地理坐标系下载体的加速度信息，然后将载体的加速度信息和当地地球重力加速度信息进行相加获得载体的测量加速度信息；其中，根据GPS测量的位置信息获取地理坐标系下载体的加速度信息包括：根据GPS测量的连续三个时刻的GPS位置数据，利用一次求导运算和二次求导运算解得地理坐标系下载体在中间时刻的加速度信息。

在本公开的一些实施例中，中间时刻的加速度信息满足：

其中，t_-1，t₀，t₁为连续三个时刻；A_e为东向加速度；A_n为北向加速度；A_u为天向加速度；n表示在地理坐标系下的矩阵；为时刻对应的速度；为时刻对应的速度；V_e为东向速度；V_n为北向速度；V_u为天向速度。

在本公开的一些实施例中，时刻对应的速度满足：

时刻对应的速度满足：

其中，Lat_-1，Lat₀，Lat₁分别为t_-1，t₀，t₁三个时刻对应的GPS纬度；Lon_-1，Lon₀，Lon₁分别为t_-1，t₀，t₁三个时刻对应的GPS经度；Alt_-1，Alt₀，Alt₁分别为t_-1，t₀，t₁三个时刻对应的GPS高度；R_e为地球半径。

在本公开的一些实施例中，本体坐标系下载体的测量加速度信息是利用三轴加速度计测量得到的。

在本公开的一些实施例中，建立的姿态方程满足：

其中，为本体坐标系下t₀时刻的测量加速度信息；为地理坐标系到本体坐标系的姿态变换矩阵；为地理坐标系下t₀时刻的加速度信息；为地理坐标系下地球重力加速度信息；为三轴加速度计在t₀时刻的测量误差。

在本公开的一些实施例中，姿态变换矩阵满足：

其中，θ为俯仰角；γ为横滚角；为航向角。

在本公开的一些实施例中，根据载体运动状态求解姿态方程包括：当载体做匀速直线运动或加速度小于1m/s²的变速直线运动时，将载体的加速度信息视为零，将三轴加速度计的测量误差也视为零，得到简化的姿态方程，然后进行该简化的姿态方程的求解。