一种惯导/GPS组合导航方法及装置与流程

一种惯导/gps组合导航方法及装置
技术领域
1.本发明实施例涉及智能导航技术领域，特别涉及一种惯导/gps组合导航方法及装置。


背景技术：

2.惯性导航系统(ins，以下简称惯导)是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。惯导的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。
3.惯导/gps组合导航系统由惯导和gps组成，为载体，如车辆，提供连续的位置、速度、姿态信息。在组合导航过程中，通常采用卡尔曼滤波技术，将失准角、速度误差、三轴陀螺零偏、三轴加表零偏作为状态量，利用gps测量数据实时估计上述状态量，并进行相应修正。正常情况下使用的卡尔曼滤波技术是使卡尔曼滤波技术分为时间更新和测量更新两部分，如gps更新时间为1s，惯导的更新时间通常小于gps的更新时间，故在一秒内惯导对上述载体信息进行估测，实现误差积累。当接收到gps信号时，系统会进行卡尔曼滤波量测更新，估计出实时的误差量，进而根据误差量对惯导误差进行反馈补偿，也就是进行修正。
4.但是，在惯导精度较差或者初始对准精度低的前提下，一秒时间内纯惯导误差迅速积累，在gps有效时进行一次修正，修正后的数据不连贯，会出现明显锯齿状现象，不够平滑，也就是误差较大，使得导航效果欠佳，同时会导致数据精度过分依赖gps，削弱惯导的导航效果。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种能够使gps对惯导的测定数据进行修正后，修正的数据平滑无锯齿状现象，提升导航效果及车辆驾驶体验感的惯导/gps组合导航方法，及应用该方法的装置。
6.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种惯导/gps组合导航方法，其特征在于，包括：
7.确定在纯惯导状态下，所述惯导测定的车辆在导航坐标系中的速度信息；
8.在gps有效的情况下，基于所述gps对所述惯导确定的速度信息进行误差估计；
9.至少基于误差估计结果对所述惯导在所述gps的误差估计频率内测定的速度信息进行多次修正；
10.基于修正后的速度实现对车辆的导航。
11.作为一可选实施例，所述在gps有效的情况下，包括：
12.基于gps的反馈信息确定所述gps当前的运行状态是否正常、反馈信息是否真实有效，若是，则确定当前处于所述gps有效的情况下。
13.作为一可选实施例，所述基于所述gps对所述惯导确定的速度信息进行误差估计，
包括：
14.由所述gps基于卡尔曼滤波方程对所述惯导确定的速度信息进行误差估计。
15.作为一可选实施例，还包括：
16.确定所述惯导的对所述速度信息的测定频率；
17.所述至少基于误差估计结果对所述惯导在所述gps的更新频率内测定的速度信息进行多次修正，包括：
18.基于误差估计结果及测定频率对所述惯导在所述gps的误差估计频率内测定的速度信息进行多次修正。
19.作为一可选实施例，所述基于误差估计结果及测定频率对所述惯导在所述gps的更新频率内测定的速度信息进行多次修正，包括：
20.基于所述测定频率将所述误差估计结果等比例分成目标数量份，所述目标数量与所述测定频率的数值相同；
21.基于每份所述误差估计结果对所述惯导下一次所述gps进行误差估计期间内测定的速度信息进行修正，修正次数与所述目标数量数值相同。
22.作为一可选实施例，还包括：
23.结合修正方程实现基于每份所述误差估计结果对所述惯导下一次测定的速度信息进行修正；
24.所述修正方程为：
[0025][0026]
v为修正后的速度，为修正前的速度，为所述误差估计结果。
[0027]
本发明另一实施例同时提供一种惯导/gps组合导航装置，包括：
[0028]
第一确定模块，用于确定在纯惯导状态下，所述惯导测定的车辆在导航坐标系中的速度信息；
[0029]
第二确定模块，用于在gps有效的情况下，基于所述gps对所述惯导确定的速度信息进行误差估计；
[0030]
修正模块，用于至少基于误差估计结果对所述惯导在所述gps的误差估计频率内测定的速度信息进行多次修正；
[0031]
导航模块，用于基于修正后的速度实现对车辆的导航。
[0032]
作为一可选实施例，所述在gps有效的情况下，包括：
[0033]
基于gps的反馈信息确定所述gps当前的运行状态是否正常、反馈信息是否真实有效，若是，则确定当前处于所述gps有效的情况下。
[0034]
作为一可选实施例，所述基于所述gps对所述惯导确定的速度信息进行误差估计，包括：
[0035]
由所述gps基于卡尔曼滤波方程对所述惯导确定的速度信息进行误差估计。
[0036]
作为一可选实施例，还包括：
[0037]
第三确定模块，用于确定所述惯导的对所述速度信息的测定频率；
[0038]
所述至少基于误差估计结果对所述惯导在所述gps的更新频率内测定的速度信息进行多次修正，包括：
[0039]
基于误差估计结果及测定频率对所述惯导在所述gps的误差估计频率内测定的速度信息进行多次修正。
[0040]
基于上述实施例的公开可以获知，本发明实施例具备的有益效果包括通过确定在纯惯导的状态下，由惯导系统测定的车辆在导航坐标系中的速度信息，以及在gps有效的情况下由gps对惯导确定的速度信息进行误差估计的误差估计结果，来对惯导单次测定的速度信息进行多次修正，而非一次修正，如此可使得修正的速度信息具有高连续性，不会出现锯齿状，使基于修正后的速度信息进行导航时，导航效果更佳，车辆速度变化更加平稳，显著提升导航效果以及车辆的自动驾驶效果。
[0041]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0042]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0043]
附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：
[0044]
图1为本发明实施例中的惯导/gps组合导航方法的流程图。
[0045]
图2为本发明实施例中的惯导/gps组合导航方法的应用流程图。
[0046]
图3为本发明实施例中的惯导/gps组合导航方法的另一流程图。
[0047]
图4为应用现有技术中的方法后的速度数据图。
[0048]
图5为应用本发明实施例中的惯导/gps组合导航方法后的速度数据图。
[0049]
图6为本发明实施例中的惯导/gps组合导航装置的结构框图。
具体实施方式
[0050]
下面，结合附图对本发明的具体实施例进行详细的描述，但不作为本发明的限定。
[0051]
应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，下述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。
[0052]
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。
[0053]
通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本发明的这些和其它特性将会变得显而易见。
[0054]
还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本发明进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本发明的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。
[0055]
当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
[0056]
此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是
本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所公开的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。
[0057]
本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。
[0058]
下面，结合附图详细的说明本发明实施例。
[0059]
如图1所示，本发明实施例提供一种惯导/gps组合导航方法，包括：
[0060]
确定在纯惯导状态下，所述惯导测定的车辆在导航坐标系中的速度信息；
[0061]
在gps有效的情况下，基于所述gps对所述惯导确定的速度信息进行误差估计；
[0062]
至少基于误差估计结果对所述惯导在所述gps的误差估计频率内测定的速度信息进行多次修正；
[0063]
基于修正后的速度实现对车辆的导航。
[0064]
基于上述实施例的公开可以获知，本实施例具备的有益效果包括通过确定在纯惯导的状态下，由惯导系统测定的车辆在导航坐标系中的速度信息，以及在gps有效的情况下由gps对惯导确定的速度信息进行误差估计的误差估计结果，来对惯导单次测定的速度信息进行多次修正，而非一次修正，如此可使得修正的速度信息具有高连续性，不会出现锯齿状，使基于修正后的速度信息进行导航时，导航效果更佳，车辆速度变化更加平稳，显著提升导航效果以及车辆的自动驾驶效果。
[0065]
进一步地，所述在gps有效的情况下，包括：
[0066]
基于gps的反馈信息确定所述gps当前的运行状态是否正常、反馈信息是否真实有效，若是，则确定当前处于所述gps有效的情况下。
[0067]
也就是，在基于gps对惯导测定的速度信息进行误差估计前需要确定gps当前的运行状态，反馈的参数信息等是否准确，具有高真实性及可参考性，只有在该种情况下由gps进行误差估计，得到的误差估计结果才能够被用于进行速度修正。应用时，车辆系统可以根据gps的反馈信息而进行相应判断，或直接基于gps的反馈信息获知其当前状态是否正常，是否为有效状态。
[0068]
进一步地，所述基于所述gps对所述惯导确定的速度信息进行误差估计，包括：
[0069]
由所述gps基于卡尔曼滤波方程对所述惯导确定的速度信息进行误差估计。
[0070]
具体地，应用时可以结合卡尔曼滤波模型及卡尔曼滤波方程实现对所述惯导确定的速度信息进行误差估计。其中，滤波模型为选择失准角、速度误差、三轴陀螺零偏、三轴加表零偏作为状态向量，以导航坐标系速度信息作为观测量进行组合对准。
[0071]
x＝[φeφnφuδveδvnδvuε
x
εyεz▽
x
▽y▽z]
t
[0072]
式中：φe，φn，φu为失准角，δve，δvn，δvu为速度误差，ε
x
,εy,εz为陀螺零偏，
▽
x
,
▽y,
▽z为加速度计零偏。
[0073]
接着，建立卡尔曼滤波状态方程和量测方程，具体为：
[0074][0075]
式中：
[0076][0077][0078]
导航系相对于惯性系的旋转反对称阵；fn×
:导航系比力反对称阵；姿态转移矩阵。
[0079]
形成的滤波方程具体包括：
[0080]
状态一步预测：
[0081]
状态一步预测均方误差：
[0082]
滤波增益：
[0083]
状态估计：
[0084]
状态估计均方误差：pk＝(i-k
khk
)p
k/k-1
[0085]
上述关于卡尔曼方程均为现有技术中成熟方程，可以直接拿取使用，此处不再赘述。
[0086]
当gps基于上述卡尔曼方程完成对惯导测定的速度信息的误差估计，得到误差估计结果后，本实施例中的方法还包括：
[0087]
确定所述惯导的对所述速度信息的测定频率；
[0088]
所述至少基于误差估计结果对所述惯导在所述gps的更新频率内测定的速度信息进行多次修正，包括：
[0089]
基于误差估计结果及测定频率对所述惯导在所述gps的误差估计频率内测定的速度信息进行多次修正。
[0090]
如图3所示，所述基于误差估计结果及测定频率对所述惯导在所述gps的更新频率内测定的速度信息进行多次修正，包括：
[0091]
基于所述测定频率将所述误差估计结果等比例分成目标数量份，所述目标数量与所述测定频率的数值相同；
[0092]
基于每份所述误差估计结果对所述惯导下一次所述gps进行误差估计期间内测定的速度信息进行修正，修正次数与所述目标数量数值相同。
[0093]
进一步地，本实施例中的方法还包括：
[0094]
结合修正方程实现基于每份所述误差估计结果对所述惯导下一次所述gps进行误差估计期间内测定的速度信息进行修正；
[0095]
所述修正方程为：
[0096][0097]
v为修正后的速度，为修正前的速度，为所述误差估计结果。
[0098]
例如，在gps信息有效时，利用gps对惯导的速度信息进行量测更新，也就是进行误差估计，用估计的误差值作为反馈，来修正管道测定的速度信息。例如惯导的测定更新频率，即解算频率为100hz，相当于10ms，而gps的更新测定时间，也就是误差估计频率是1s，此时由于误差估计结果是对应1s的，该过程相当于是惯导累积了1s的误差，因此为了对惯导接下来的1s内的每帧速度均进行修正，使修正后的速度平滑连贯，无锯齿状，则可将误差估计结果切分为100份，利用100份误差估计结果分别依次对下一秒惯导测定的速度进行对应、匹配修正，从而使接下来的1s内，惯导测定的速度均被对应修正。涉及的速度修正方程为：
[0099][0100]
v为修正后的速度，为修正前的速度，为所述误差估计结果，n为100。
[0101]
结合图4和图5所示，利用一组惯导/gps跑车数据，采用原方法(误差一次反馈，即每秒累积误差进行一次修正，对应图4所示数据)和本实施例中的方法(误差平滑方法，对每秒累积误差分多次匹配修正，对应图5所示数据)对比可知，采用本实施例中修正后速度进行导航(导航速度如图5所示)，车辆行驶速度明显更加平滑，较原方法锯齿状明显减小，导航效果及自动驾驶体验均能够得到明显提升。
[0102]
如图6所示，本发明另一实施例同时提供一种惯导/gps组合导航装置，包括：
[0103]
第一确定模块，用于确定在纯惯导状态下，所述惯导测定的车辆在导航坐标系中的速度信息；
[0104]
第二确定模块，用于在gps有效的情况下，基于所述gps对所述惯导确定的速度信息进行误差估计；
[0105]
修正模块，用于至少基于误差估计结果对所述惯导在所述gps的误差估计频率内测定的速度信息进行多次修正；
[0106]
导航模块，用于基于修正后的速度实现对车辆的导航。
[0107]
作为一可选实施例，所述在gps有效的情况下，包括：
[0108]
基于gps的反馈信息确定所述gps当前的运行状态是否正常、反馈信息是否真实有效，若是，则确定当前处于所述gps有效的情况下。
[0109]
作为一可选实施例，所述基于所述gps对所述惯导确定的速度信息进行误差估计，包括：
[0110]
由所述gps基于卡尔曼滤波方程对所述惯导确定的速度信息进行误差估计。
[0111]
作为一可选实施例，还包括：
[0112]
第三确定模块，用于确定所述惯导的对所述速度信息的测定频率；
[0113]
所述至少基于误差估计结果对所述惯导在所述gps的更新频率内测定的速度信息进行多次修正，包括：
[0114]
基于误差估计结果及测定频率对所述惯导在所述gps的误差估计频率内测定的速度信息进行多次修正。
[0115]
作为一可选实施例，所述基于误差估计结果及测定频率对所述惯导在所述gps的更新频率内测定的速度信息进行多次修正，包括：
[0116]
基于所述测定频率将所述误差估计结果等比例分成目标数量份，所述目标数量与
所述测定频率的数值相同；
[0117]
基于每份所述误差估计结果对所述惯导下一次所述gps进行误差估计期间内测定的速度信息进行修正，修正次数与所述目标数量数值相同。
[0118]
作为一可选实施例，还包括：
[0119]
结合修正方程实现基于每份所述误差估计结果对所述惯导下一次所述gps进行误差估计期间内测定的速度信息进行修正；
[0120]
所述修正方程为：
[0121][0122]
v为修正后的速度，为修正前的速度，为所述误差估计结果
[0123]
进一步地，本发明另一实施例还提供一种电子设备，包括:
[0124]
一个或多个处理器；
[0125]
存储器，配置为存储一个或多个程序；
[0126]
当该一个或多个程序被该一个或多个处理器执行时，使得该一个或多个处理器实现上述惯导/gps组合导航方法。
[0127]
进一步地，本发明一实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的惯导/gps组合导航方法。应理解，本实施例中的各个方案具有上述方法实施例中对应的技术效果，此处不再赘述。
[0128]
进一步地，本发明实施例还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品被有形地存储在计算机可读介质上并且包括计算机可读指令，所述计算机可执行指令在被执行时使至少一个处理器执行诸如上文所述实施例中的惯导/gps组合导航方法。
[0129]
应理解，本实施例中的各个方案具有上述方法实施例中对应的技术效果，此处不再赘述。
[0130]
需要说明的是，本技术的计算机存储介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读介质例如可以但不限于是电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储介质(ram)、只读存储介质(rom)、可擦式可编程只读存储介质(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储介质(cd-rom)、光存储介质件、磁存储介质件、或者上述的任意合适的组合。在本技术中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本技术中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输配置为由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、天线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0131]
应当理解，虽然本技术是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个
独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0132]
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。