一种基于多源惯性信息与GNSS自适应融合的零速检测方法

本发明涉及组合导航与惯性信号处理，尤其涉及一种基于多源惯性信息与gnss自适应融合的零速检测方法。

背景技术：

1、零速更新（zupt）是惯性导航系统中抑制定位误差发散的关键技术，其有效性高度依赖于零速检测的准确性。

2、现有零速检测方法主要分为以下几类：（1）基于惯性统计特征的阈值检测方法，通过计算加速度/角速度的方差、模长、glrt统计量等并与预设阈值比较，但固定阈值难以适配不同imu噪声水平和环境变化；（2）自适应阈值方法，虽能动态调整阈值，但仍在单一检测器框架内，复杂工况适应性有限；（3）基于速度信息的检测方法，利用gnss或轮速判断静止，但在gnss中断或信号质量下降时性能急剧恶化；（4）基于机器学习的检测方法，依赖训练数据质量和覆盖范围，泛化能力不足且计算开销大，不利于实时嵌入式实现。

3、上述方法主要存在以下不足：一是单一检测器的判据维度有限，纯惯性方法在振动、缓慢启停场景下易误判/漏判，速度信息方法在gnss弱信号或中断时难以工作；二是固定阈值泛化能力不足，需人工反复标定；三是缺乏对gnss信号质量的自适应机制，无法根据其有效性和连续稳定程度动态调整判决策略；四是逐点独立判决缺乏时序稳定性约束，短时扰动易导致状态频繁跳变。

4、为此，需要一种融合多源惯性特征与外部速度信息、根据gnss质量自适应选择判决来源、具备状态时序约束和阈值自适应更新能力的零速检测方法。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种基于多源惯性信息与gnss自适应融合的零速检测方法，使其能够利用多源惯性特征增强对静止/运动的可分性，通过状态切换限制与滞回抑制抖动，根据gnss质量自适应选择更可靠的零速判决来源，支持实时运行与工程实现。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于多源惯性信息与gnss自适应融合的零速检测方法，包括：

3、获取惯性测量单元imu的原始测量数据并进行预处理，生成滤波后的惯性数据；

4、基于所述滤波后的惯性数据，在统计窗口内计算至少包括加速度标准差、角速度标准差、广义似然比glrt统计量及角速度能量are统计量在内的若干种惯性统计特征，并根据所述惯性统计特征与预设阈值的比较结果输出第一中间零速状态；

5、基于所述滤波后的惯性数据和外部速度输入，计算至少包括加速度组内方差、前向加速度均值差分、角速度均值差分及速度模长在内的若干种运动特征，并根据所述运动特征及预设的状态切换限制策略输出第二中间零速状态；

6、获取并评估辅助信息源的信号质量，生成质量评估参数；

7、根据所述质量评估参数，从预设融合策略中选择一种，对所述第一中间零速状态和所述第二中间零速状态进行自适应选择，生成并输出最终零速状态。

8、优选地，生成滤波后的惯性数据，包括：

9、根据所述imu的安装方向，将原始测量数据从imu坐标系映射至载体坐标系；

10、对映射后的各轴数据分别进行无限脉冲响应iir低通滤波，生成所述滤波后的惯性数据。

11、优选地，所述预处理还包括数据缓存步骤，具体包括：

12、将滤波后的惯性数据存入循环缓冲队列；其中，所述循环缓冲队列的长度不小于所述统计窗口的长度。

13、优选地，所述预设阈值采用自适应更新策略设定，所述自适应更新策略包括：

14、当判定当前时刻为静止状态时，根据当前时刻的所述惯性统计特征，采用指数滑动平均方式更新所述预设阈值，并设置更新后的阈值不低于预设的下限值。

15、优选地，所述预设的状态切换限制策略包括：

16、设置状态切换计数器；

17、当候选状态与当前状态不同且满足对应的状态触发条件时，所述计数器递增，反之则递减或置零；

18、仅当所述计数器的计数值达到预设的切换门限时，才允许进行状态翻转，并输出所述第二中间零速状态。

19、优选地，根据所述质量评估参数，从预设融合策略中选择一种，对所述第一中间零速状态和所述第二中间零速状态进行自适应选择，包括：

20、当所述辅助信息源有效且信号历史有效数据大于第一预设稳定门限时，选择所述第二中间零速状态作为所述最终零速状态；

21、当所述辅助信息源有效且信号历史有效数据小于或等于第一预设稳定门限时，选择所述第一中间零速状态作为所述最终零速状态；

22、当所述辅助信息源有效但信号历史无效数据大于第二预设稳定门限时，选择所述第二中间零速状态作为所述最终零速状态；

23、当所述辅助信息源有效但信号历史无效数据小于或等于第二预设稳定门限时，选择所述第一中间零速状态作为所述最终零速状态；

24、当所述辅助信息源无效且信号缺失时长大于第二预设稳定门限时，选择所述第二中间零速状态作为所述最终零速状态；

25、当所述辅助信息源无效且信号缺失时长小于或等于第二预设稳定门限时，选择所述第一中间零速状态作为所述最终零速状态。

26、优选地，所述第一预设门限为短缺失门限，所述第二预设门限为长缺失门限，其中，所述短缺失门限的时长小于所述长缺失门限的时长。

27、优选地，所述质量评估参数包括所述辅助信息源的有效性标志、信号缺失时长、信号缺失计数和信号连续有效次数；

28、其中，所述信号缺失时长根据数据标志位与时间戳进行维护。

29、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

30、（1）本发明通过设置基于惯性统计特征的第一检测器和基于速度一致性的第二检测器，并对二者输出进行自适应门控融合，使最终判决结果兼有纯惯性判据的稳健性和速度辅助判据的灵敏性。

31、（2）本发明通过滞回计数与状态切换限制双重机制抑制短时扰动导致的判决抖动，通过gnss有效性标志、缺失时长和连续有效次数驱动的门控策略，在gnss短时中断、长期中断、刚恢复等不同阶段自适应选择最优检测源，并通过指数滑动平均实现阈值自动更新，使算法在车辆振动、缓慢启停、imu噪声差异和环境变化等复杂工程条件下均能保持稳定可靠的检测能力，具备良好的泛化性和工程实用性。

1.一种基于多源惯性信息与gnss自适应融合的零速检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于多源惯性信息与gnss自适应融合的零速检测方法，其特征在于，生成滤波后的惯性数据，包括：

3.根据权利要求2所述的基于多源惯性信息与gnss自适应融合的零速检测方法，其特征在于，所述预处理还包括数据缓存步骤，具体包括：

4.根据权利要求1所述的基于多源惯性信息与gnss自适应融合的零速检测方法，其特征在于，所述预设阈值采用自适应更新策略设定，所述自适应更新策略包括：

5.根据权利要求1所述的基于多源惯性信息与gnss自适应融合的零速检测方法，其特征在于，所述预设的状态切换限制策略包括：

6.根据权利要求1所述的基于多源惯性信息与gnss自适应融合的零速检测方法，其特征在于，根据所述质量评估参数，从预设融合策略中选择一种，对所述第一中间零速状态和所述第二中间零速状态进行自适应选择，包括：

7.根据权利要求6所述的基于多源惯性信息与gnss自适应融合的零速检测方法，其特征在于，所述第一预设稳定门限为短缺失门限，所述第二预设稳定门限为长缺失门限，其中，所述短缺失门限的时长小于所述长缺失门限的时长。

8.根据权利要求6所述的基于多源惯性信息与gnss自适应融合的零速检测方法，其特征在于，所述质量评估参数包括所述辅助信息源的有效性标志、信号缺失时长、信号缺失计数和信号连续有效次数；