[发明专利]车载六轴IMU轴向快速识别方法及其装置

说明书

本申请涉及导航定位领域，公开了一种车载六轴IMU轴向快速识别方法及其装置。该车载六轴IMU轴向快速识别方法，包括以下步骤：通过IMU加速度计各轴的比力输出平均值得出IMU垂向轴的方向。直行时，对GNSS/里程计测量得到的车辆加速度和IMU加速度计非垂向轴的输出，通过相关性拟合确定IMU的纵向轴。转弯时，结合GNSS/里程计的速度值和IMU垂向轴的陀螺仪输出可得车辆侧向加速度，对车辆侧向加速度和IMU加速度计非垂向轴的输出，通过相关性拟合确定IMU的横向轴。不限制IMU的安装方式，通过车辆正常行驶过程中的传感器数据，快速识别IMU任意安装下的正确轴向，使得组合导航系统能快速工作。

技术领域

本申请涉及导航定位领域，特别涉及一种车载六轴IMU轴向快速识别技术。

背景技术

车载导航定位系统(Vehicle Navigation System，VNS)伴随着汽车产业的发展而产生，如今已被广泛运用于无人驾驶、精准农业以及车载导航仪。捷联惯性导航系统(Strapdown Inertial Navigation System，简称SINS)和全球导航卫星系统(Global NavigationSatellite System，简称GNSS)的组合是导航领域应用最为广泛的组合。SINS直接与载体固联，不与外界发生任何光电联系，隐蔽性好，且能够不受外界干扰自主推算，其输出信息具有高频率和高实时性的优点，在航空、航天和航海等领域均得到广泛应用。但SINS需要导航初始(位置、速度、姿态)信息且导航误差随着时间累积而发散。GNSS长期精度高，误差不随时间发散(即有界)，其缺点是短期噪声大，数据率低，抗干扰性弱，且无姿态信息。GNSS/SINS组合导航系统，能够通过卡尔曼滤波等数据融合方式，有效地将GNSS信息和SINS信息融合起来，实现两者优势互补，充分发挥GNSS长期高精度性能和SINS短期高精度性能，提供连续、高精度和高可靠的导航信息。里程计(Odometer)是目前常用的车载导航辅助传感器，其提供的里程信息可作为组合导航系统一个重要的观测量。

在组合导航系统中，SINS中的惯性测量单元(Inertial Measurement Unit，简称IMU)一般由三轴的加速度计和三轴的陀螺仪组成。现有技术方案中，对IMU在车辆上的安装方向有要求，必须得满足IMU横向轴、纵向轴、垂向轴与载体侧向轴、前向轴、地向轴相一致，或者，需要IMU相互正交的任意两轴分别与载体右向轴和前向轴平行。这样的要求，大大限制了IMU的安装方式，也对用户的安装空间提出了要求，并可能导致占用较大的安装空间，降低组合导航系统安装的简便性和易操作性。

因此，目前亟需一种车载六轴IMU轴向快速识别方法，不限制IMU的安装方式，并且能快速识别IMU任意安装下的正确轴向，使得组合导航系统能快速工作。

发明内容

本申请的目的在于提供一种车载六轴IMU轴向快速识别方法及其装置，不限制IMU的安装方式，通过车辆正常行驶过程中的传感器数据，快速识别IMU任意安装下的正确轴向，使得组合导航系统能快速工作。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种车载六轴IMU轴向快速识别方法，包括以下步骤：

计算车辆启动后一段时间窗口内IMU三轴加速度计各轴比力输出平均值的绝对值，绝对值最大的轴为垂向轴，若绝对值最大的比力值为正值，则垂向轴与车辆地向轴的反方向一致；若绝对值最大的比力值为负值，则垂向轴与车辆地向轴一致；

根据IMU三轴陀螺仪的输出值判断当前车辆机动状态，

当判断车辆直行时，计算车辆前向加速度，并对IMU非垂向轴的加速度与车辆前向加速度进行相关性拟合，与车辆前向加速度相关性较大的非垂向轴在纵向轴方向上，若IMU非垂向轴的加速度与车辆前向加速度正相关，则与车辆前向加速度相关性较大的非垂向轴即为纵向轴；若IMU非垂向轴的加速度与车辆前向加速度负相关，则与车辆前向加速度相关性较大的非垂向轴为纵向轴的反方向；