[发明专利]一种低成本惯性传感器在机动环境下的高精度导航方法

说明书

本发明实施例公开了一种低成本惯性传感器在机动环境下的高精度导航方法。所述方法包括：获取惯性传感器IMU输出信号；使用快速傅立叶变换对惯性传感器IMU输出信号进行低通滤波；结合上一周期IMU的信号量进行圆锥补偿和旋转划桨补偿；基于载体电机转速和陀螺仪角速度对载体运动状态进行判断，确定是否进行姿态校正；最终，进行速度和位置的解算，确定载体当前的速度和位置。本发明实施例的技术方案充分考虑载体运动状态，能够克服载体震动和抖动对IMU造成的影响，使得姿态解算更为准确，鲁棒性强，并具有较高的通用性和扩展性。

技术领域

本发明实施例涉及导航领域，尤其涉及一种低成本惯性传感器在机动环境下的高精度导航方法。

背景技术

惯性传感器IMU被设置在载体平台上，受到平台震动和抖动的影响，会产生大量的噪声，产生的噪声会反映在传感器的数据中，导致惯性传感器IMU的性能下降，不能满足高精度的导航需求。目前，克服上述噪声影响的方式通常有两种：一种是软件优化的方式，一种是对载体平台优化的方式。对于大多数低成本惯性传感器来说，受制于处理单元运算能力较差，无法执行复杂的算法，从而多采用对载体平台优化的方式。但是，平台、设备的多样性，以及需要面对多种复杂的运动环境，都对优化载体平台带来了挑战，往往需要设计复杂的避震装置，并且通用性和扩展性都较差。平台设计的复杂性，加之算法层面的简单、鲁棒性差，这些综合因素的影响使得低成本惯性导航方案在短期内产生较大的误差。对于现有技术的上述缺点，目前还没有一种完善的解决方案，急需一种针对低成本惯性传感器的、能够克服机动环境下的噪声干扰的高精度、低运算量的导航方法。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种低成本惯性传感器在机动环境下的高精度导航方法，以解决现有技术中优化载体平台复杂度高、通用性差以及软件优化算法计算量大、移植性差的问题，本发明所述方法可以克服机动环境下震动、抖动的影响，提高导航算法的精度，同时降低计算量。

本发明实施例提供了一种低成本惯性传感器在机动环境下的高精度导航方法，所述方法包含以下步骤：

步骤一：信号获取，获取惯性传感器的输出信号，包括加速度和角速度；

步骤二：数据预处理，采用快速傅立叶变换对所述输出信号进行低通滤波；

步骤三：信号补偿，基于上一周期惯性传感器的输出信号对当前信号进行补偿，所述信号补偿包括圆锥补偿和旋转划桨补偿；

步骤四：获取载体电机转速和陀螺仪角速度，确定载体当前运动状态，根据所述运动状态判断是否进行姿态校正；

步骤五：解算所述载体当前的速度和位置。

优选地，所述步骤三中，通过圆锥补偿可获得经过补偿之后的旋转矢量，所述旋转矢量经转换后可得载体的姿态角，分别为滚转角、俯仰角和航向角，分别记作φ,θ,ψ，具体计算方式为：

其中β(T)为经过补偿之后的旋转矢量，Δα为当前的角增量采样，Δα'为前一周期的角增量采样，ω(t)为角速度，T为预设周期。

优选地，所述步骤三中，通过旋转划桨补偿可以获得经过补偿后的速度增量dv(T)，通过所述dv(T)可以求解得到三轴加速度，具体计算方式为：

其中，Δv为当前的速度增量采样，Δv'为前一周期的速度增量采样，其中Δr为速度旋转误差，为速度划桨误差。

优选地，当所述载体的运动状态为平稳运动状态时，则先进行姿态校正，再解算所述载体的速度和位置；当所述载体的运动状态为非平稳运动状态时，则不进行姿态校正，直接解算所述载体的速度和位置。