[发明专利]一种基于MEMS惯性组件的INS/DRGNSS松组合导航方法

说明书

本发明公开了一种基于MEMS惯性组件的INS/DRGNSS松组合导航方法，由以下步骤组成：以INS/DR系统的位置误差、失准角、陀螺零偏、以及里程计的尺度因子为状态向量来建立状态微分方程；以GNSS系统的位置信息和INS/DR系统的位置信息建立观测方程；以所述状态微分方程与观测方程进入kalman滤波器迭代过程计算出INS/DR系统的状态向量；利用所述状态向量对INS/DR系统的位置、速度、姿态角和陀螺零偏误差进行校正，得出校正后的位置、速度和姿态信息；本发明采用消费级的IMU达到了导航级器件的性能，陀螺热致零偏估计方法可以在系统运行的过程中自主学习、自适应补偿，不需要再做任何离线标定；本发明的安装误差估计算法可以自主估计，不再需要对装配严格要求。

【技术领域】

本发明属于导航技术领域，尤其涉及一种基于MEMS惯性组件的INS/DRGNSS松组合导航方法。

【背景技术】

现有的INS/DR系统多针对导航级IMU(惯性组件)传感器为基础的设计，和消费级MEMS IMU相比，导航级IMU的精度高几个数量级，价格昂贵，无法满足大众消费的普及，而且导航级IMU的INS/DR系统可以通过传感器本身的精度就可以完成捷联惯性系统的精对准，而且对于陀螺仪和加速度计的各类误差例如：零偏、零偏稳定性、随机误差、尺度因子等采用离线标定的方法，这给生产的技术要求和标定设备的精度要求很高，使得生产成本很高，而且不便于批量生产，同时要求IMU传感器的安装必须控制到和载体坐标系完全重合，给后期设备的装配带来诸多不便。

现有的INS/DRGNSS组合导航系统中将陀螺仪和加速度计等各类误差(包含零偏、零偏稳定性、随机误差、尺度因子)引入到kalman滤波器的设计中，使得滤波器的状态维数达到21维之多，导致系统的复杂度和计算量庞大。

随着MEMS技术的发展，消费级MEMS IMU的成本已经降低到十几元人民币的级别，其精度也得到很大的提升，但是和传统的导航级别相比仍然相差1到2个数量级，现有车载导航或监控系统中GNSS接收机在信号遮挡或消失的情况下精度恶化甚至无法定位。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种基于MEMS惯性组件的INS/DRGNSS松组合导航方法，以解决现有车载导航或监控系统中GNSS接收机在信号遮挡或消失的情况下精度恶化甚至无法定位的问题。

本发明采用以下技术方案：一种基于MEMS惯性组件的INS/DRGNSS松组合导航方法，由以下步骤组成：

以INS/DR系统的位置误差、失准角、陀螺零偏、以及里程计的尺度因子为状态向量来建立状态微分方程；

以GNSS系统的位置信息和INS/DR系统的位置信息建立观测方程；

以状态微分方程与观测方程进入kalman滤波器迭代过程计算出INS/DR系统的状态向量；

利用状态向量对INS/DR系统的位置、速度、姿态角和陀螺零偏误差进行校正，得出校正后的位置、速度和姿态信息。

进一步地，状态微分方程为：

其中，F(t)是系统矩阵；G(t)是系统的噪声驱动矩阵；是系统的状态向量，表示为：是系统的激励噪声，表示为：是陀螺3个轴的零偏未标定误差；φ_E,φ_N,φ_U是3个失准角，δL,δλ,δh是INS/DR系统的位置误差，是东向陀螺零偏误差，是北向陀螺零偏误差，是天向陀螺零偏误差，δK是里程计的尺度因子误差。

进一步地，所述F(t)和G(t)的计算步骤如下：