CN109737985A - 一种基于gnss角度的初始对准优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于GNSS角度的初始对准优化方法，包括以下步骤：S1：将GNSS当前获取的角度angle_GNSS与惯性导航当前使用的角度进行对比，当两者间的差值达到预设门限值时，执行S2；S2：基于陀螺仪的采样频率、陀螺仪采样的角速度、GNSS当前获取的角度和最接近历史中使用的惯性导航角度，计算出误差修正值err；S3：将S2得到的角速度误差修正值err带入以后每次陀螺仪采集的角速度，得到实际角速度angle_rel：angle_rel=Gry_Z–err；Gry_Z为陀螺仪采集的角速度值；并执行S1。本发明能减少了设备处理器的运算以及代码量，降低车辆定位设备的器件（传感器）成本。同时，本发明在车辆行驶中不断的校准，可以达到动态收敛误差的效果；并且规避了普通算法校准时间长等问题。

Description

一种基于GNSS角度的初始对准优化方法

技术领域

本发明涉及车辆定位领域，尤其是一种基于GNSS角度的初始对准优化方 法。

背景技术

现有的初始对住方案中，需要使用高精度的传感器-6轴G-Senser(加速度 传感器)，其对准结果较为精确，并且无需外部数据，仅通过高精度的6轴传 感器即可达到目的。但是，该种方案在初始对准阶段需要很长的时间进行校 准，分别需要进行粗对准和精对准，每一个步骤都比较耗时，并且运算量大， 原理复杂；同时，由于必须使用高精度传感器实现，成本较高；在进行初始对 准时，需要车辆处于静止状态，初始对准条件受限严重；对于初始对准的效 果，其收到车辆温度、乘坐人员变化的影响也非常大。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的全部或部分问题，提供一种基于 GNSS角度的初始对准优化方法，借助与低精度、低成本的传感器，实现在运动 过程中，对于初始对准的优化。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于GNSS角度的初始对准优化方法，包括以下步骤：

S1：将GNSS当前获取的角度angle_GNSS与惯性导航当前使用的角度进行 对比，当两者间的差值达到预设门限值时，执行S2；

S2：基于陀螺仪的采样频率、陀螺仪采样的角速度、GNSS当前获取的角度 和最接近历史中使用的惯性导航角度，计算出角速度误差修正值err；

S3：将S2得到的误差修正值err带入以后每次陀螺仪采集的角速度，得 到实际角速度angle_rel：angle_rel＝Gry_Z–err；Gry_Z为陀螺仪采集 的角速度值；并执行S1。

上述方法基于低成本的器件，实现在行车过程中，不断对行车角度进行对 准，摆脱了现有方案中，需要汽车静止且无乘客才能实现初始对准的条件限 制。同时，由于所涉及的参数较(现有技术)少，加之算法简单，使得本发明 对准优化所需的计算量也较少。

进一步的，所述S2具体为：

S2-1：在每个采样周期内，陀螺仪进行的tic次采样过程中，每一次采 样，均以以下公式计算出该次采样的惯性导航角度angle：

angle＝angle′+(Gry_Z_i-err′)*T；

S2-2：再计算出时间周期T结束时的角速度误差修正值err：

Err＝angle-angle_GNSS；

err＝Err/tic/T；

其中，angle′为陀螺仪上一次采样时，计算出的惯性导航角度，angle为当 前陀螺仪采样时，计算出的惯性导航角度，Gry_Z_i为陀螺仪第i次采样时采集 的角速度(0≤i≤tic)，err′为上一采样周期内计算出的角速度误差修正值，T 为采样时长，tic为采样周期内的采样率。

基于总误差而为下一周期计算出平均误差，可以确保误差修正值的准确 性，依据该方式，可以确保在对准过程中，优化计算值与实际值间的匹配度。

进一步的，所述陀螺仪的采样频率为100Hz。100Hz的采样频率一方面可 以确保对误差修正的及时性，同时，该频率对应的采样时长可以使得对于误差 修正值的选择在一个合适的值，保证修正后角度的准确性；另一方面，该频率 也使得运算频率较为合适，使得运算负荷保持在一个合理的范围内(过高会增 加运算设备的负荷，导致数据量的堆积，过低又会使得修正的不及时和修正值 偏差过大)。

进一步的，所述S1中，在将GNSS当前获取的角度angle_GNSS与惯性导 航当前使用的角度进行对比前，还包括：获取汽车车速和运动角速度，在车速 在时间t内保持在预定车速以上，且角速度在预设角速度以内时，以GNSS获 取的角度作为初始对准的参数。

在车辆接近直线行驶过程中，无需对角速度进行修正，进而有效节省了对 准计算的算力，同时，避免了运算带来的定位误差，可使对准效果更加准确。

进一步的，所述预设车速为60Km/h。需要说明的是，设置60Km/h相较于 其它值，可以使对角速度误差的修正节点更加准确、及时，进而使得对对准的 修正更加准确、及时，设置为其它值，可能导致对角速度的修正提前导致误修 正，或者修正延长导致修正不及时。

进一步的，所述预设角速度为1°/s。门限值设置过大，会导致在转角已 过大时，角速度修正不及时，进而导致偏转角度积分值与实际值偏离过大，影 响对准的准确性；门限值设置过小，会导致修正频率过高，而增加误修正的概 率，导致定位的误判。

进一步，所述t＝10s。时间过长，会导致角速度修正不及时，时间过短， 一方面，会增加不必要修正的计算量，另一方面，也增加了误修正的概率(基 于修正基数的比例)。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明能减少了设备处理器的运算以及代码量，降低车辆定位设备的 器件(传感器)成本。

2、本发明在车辆行驶中不断的校准，可以达到动态收敛误差的效果；并 且规避了普通算法校准时间长等问题。

附图说明

图1为基于GNSS角度的初始对准优化方法流程图。

图2为基于GNSS角度的初始对准优化方法的一个实施例。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互 相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别 叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙 述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1所示，本实施例公开了一种基于GNSS角度的初始对准优化方法，包 括以下步骤：

S1：将GNSS当前获取的角度angle_GNSS与惯性导航当前使用的角度进行 对比，当两者间的差值达到预设门限值时，执行S2；

S2：基于陀螺仪的采样频率、陀螺仪采样的角速度、GNSS当前获取的角度 和最接近历史中使用的惯性导航角度，计算出误差修正值err；

S3：将S2得到的角速度误差修正值err带入以后每次陀螺仪采集的角速 度，得到实际角速度angle_rel：angle_rel＝Gry_Z-err；Gry_Z为陀螺 仪采集的角速度值；并执行S1。通过S3得到的实际角速度angle_rel则作为 惯性导航的角速度，实现初始对准。所谓的执行S1，则为在惯性导航过程中， 判断S1的条件是否成立，若是，则重新由S1执行到S3，更新err。

本实施例公开了上述实施例中，计算角速度误差修正值的步骤：

a.在陀螺仪进行的tic次采样过程中，每一次采样，均以以下公式计算出 该次采样的惯性导航角度angle：

angle＝angle′+(Gry_Z_i-err′)*T；即迭代出tic次的惯性导航角度；

b.再计算出时间周期T结束时的角速度误差修正值err：

Err＝angle-angle_GNSS；

err＝Err/tic/T；

其中，angle′为陀螺仪上一次采样时，计算出的惯性导航角度，angle为当前 陀螺仪采样时，计算出的惯性导航角度，Gry_Z_i为陀螺仪第i次采样时采集的 角速度(0≤i≤tic)，err′为上一采样周期内计算出的角速度误差修正值，T为 采样时长(如100Hz的采样频率，T为0.01秒)，tic为采样周期内的采样率 (如100Hz的采样频率，采样率为100)；通过时间周期内tic次的迭代计算， 可以得到当前时间周期结束时的角速度误差修正值err。

如图2所示，优选的，在判断GNSS当前获取的角度angle_GNSS与惯性导 航当前使用的角度的误差前，还判断汽车的运行状态，例如在车速(通过OBD 等获取)在一段时间t(一般为10秒)内保持在v(一般为60km/h)以上，且 角速度a(通过G-senser等获取)无较大变化(即未超出预设门限值k，一般 为1度/秒)，则判定为无需修正的情况，此时以GNSS获取的数据(角速度、 角度等)用作初始对准和惯性导航的参数。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中 披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何 新的组合。

Claims (7)

1.一种基于GNSS角度的初始对准优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将GNSS当前获取的角度angle_GNSS与惯性导航当前使用的角度进行对比，当两者间的差值达到预设门限值时，执行S2；

S2：基于陀螺仪的采样频率、陀螺仪采样的角速度、GNSS当前获取的角度和最接近历史中使用的惯性导航角度，计算出角速度误差修正值err；

S3：将S2得到的误差修正值err带入以后每次陀螺仪采集的角速度，得到实际角速度angle_rel：angle_rel＝Gry_Z–err；Gry_Z为陀螺仪采集的角速度值；并执行S1。

2.如权利要求1所述的基于GNSS角度的初始对准优化方法，其特征在于，所述S2具体为：

S2-1：在每个采样周期内，陀螺仪进行的tic次采样过程中，每一次采样，均以以下公式计算出该次采样的惯性导航角度angle：

angle＝angle′+(Gry_Z_i-err′)*T；

S2-2：再计算出时间周期T结束时的角速度误差修正值err：

Err＝angle-angle_GNSS；

err＝Err/tic/T；

其中，angle′为陀螺仪上一次采样时，计算出的惯性导航角度，angle为当前陀螺仪采样时，计算出的惯性导航角度，Gry_Z_i为陀螺仪第i次采样时采集的角速度(0≤i≤tic)，err′为上一采样周期内计算出的角速度误差修正值，T为采样时长，tic为采样周期内的采样率。

3.如权利要求2所述的基于GNSS角度的初始对准优化方法，其特征在于，所述陀螺仪的采样频率为100Hz。

4.如权利要求1-3之一所述的基于GNSS角度的初始对准优化方法，其特征在于，所述S1中，在将GNSS当前获取的角度angle_GNSS与惯性导航当前使用的角度进行对比前，还包括：获取汽车车速和运动角速度，在车速在时间t内保持在预定车速以上，且角速度在预设角速度以内时，以GNSS获取的角度作为初始对准的参数。

5.如权利要求4所述的基于GNSS角度的初始对准优化方法，其特征在于，所述预设车速为60Km/h。

6.如权利要求4所述的基于GNSS角度的初始对准优化方法，其特征在于，所述预设角速度为1°/s。

7.如权利要求4所述的基于GNSS角度的初始对准优化方法，其特征在于，所述t＝10s。