CN111536972B - 一种基于里程计刻度系数修正的车载dr导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于惯性与导航技术领域，公开了一种基于里程计刻度系数修正的车载DR导航方法，包括将车载惯性组合导航系统安装在车载平台上，采集惯性测量单元的数据信息、GNSS的数据信息、里程计的数据信息，并对三种数据信息进行时间同步；建立拐弯点里程计刻度系数补偿模型，获得拐弯点里程计刻度系数补偿值；根据拐弯点里程计刻度系数补偿值，获得补偿后的里程计的位置增量；结合补偿后的里程计的位置增量和惯性测量单元的数据信息，对DR导航定位结果进行修正得到最终定位信息。本发明解决了现有技术中车载惯性组合导航系统在拐弯时定位误差较大的问题，能够有效提高在GNSS信号不可用且拐弯环境下系统的定位定姿精度。

Description

一种基于里程计刻度系数修正的车载DR导航方法

技术领域

本发明涉及惯性与导航技术领域，尤其涉及一种基于里程计刻度系数修正的车载DR导航方法。

背景技术

在基于智能驾驶应用的低成本车载惯性组合导航系统中，由于GNSS信号在城市峡谷、隧道、地下车库和雨雾等各种复杂应用环境中性能不稳定，为了连续稳定地向汽车提供位置和姿态等信息，通常在车轮底部安装里程计辅助系统导航定位。安装在汽车各个车轮上的里程计按照固定频率实时地输出车轮速度或者是相对位置增量，在GNSS信号不可用的时候，四个车轮速度信息经过处理后，与车载导航系统的惯性测量单元进行融合，得到相对准确的速度和位置信息。

在实际工程应用中，里程计输出的速度信息在汽车拐弯时误差会迅速增大，该误差无法预先通过GNSS信号建模补偿，最终将导致低成本车载惯性组合导航系统在拐弯时定位误差增大，影响系统使用性能。

发明内容

本申请实施例通过提供一种基于里程计刻度系数修正的车载DR导航方法，解决了现有技术中低成本车载惯性组合导航系统在拐弯时定位误差较大的问题。

本申请实施例提供一种基于里程计刻度系数修正的车载DR导航方法，包括以下步骤：

步骤1、将车载惯性组合导航系统安装在车载平台上，所述车载惯性组合导航系统包括惯性测量单元、GNSS、里程计；采集惯性测量单元的数据信息、GNSS的数据信息、里程计的数据信息，并对三种数据信息进行时间同步；

步骤2、建立拐弯点里程计刻度系数补偿模型，获得拐弯点里程计刻度系数补偿值；

步骤3、根据所述拐弯点里程计刻度系数补偿值，获得补偿后的里程计的位置增量；

步骤4、结合所述补偿后的里程计的位置增量和所述惯性测量单元的数据信息，对DR导航定位结果进行修正，得到最终定位信息。

优选的，所述步骤2中建立的拐弯点里程计刻度系数补偿模型采用如下公式：

其中，

表示拐弯点里程计刻度系数补偿值；

表示GNSS信号不可用时 对应航向陀螺输出的航向角速度；

表示自适应的常值参数。

优选的，所述自适应的常值参数

采用如下方法获得：

对GNSS信号的有效性进行判断，若根据所述GNSS的数据信息判断得到GNSS信号可用，则对航向角速度是否满足第一条件进行判断；

若根据所述惯性测量单元的数据信息得到航向角速度大于预设的阈值，则判定航向角速度满足第一条件；

满足所述第一条件后，根据GNSS的位置增量和里程计的位置增量计算得到自适应 的常值参数

。

优选的，所述自适应的常值参数

采用如下公式：

其中，

是GNSS信号可用时对应航向陀螺输出的航向角速度，

表示GNSS 的位置增量，

表示里程计的位置增量。

优选的，所述步骤3中，采用如下方法获得所述补偿后的里程计的位置增量：

对GNSS信号的有效性进行判断，若根据所述GNSS的数据信息判断得到GNSS信号不可用，则对航向角速度是否满足第一条件进行判断；

若根据所述惯性测量单元的数据信息得到航向角速度大于预设的阈值，则判定航向角速度满足第一条件；

满足所述第一条件后，根据所述拐弯点里程计刻度系数补偿值和里程计的位置增量计算得到补偿后的里程计的位置增量。

优选的，所述补偿后的里程计的位置增量采用如下公式：

其中，

表示补偿后的里程计的位置增量。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，首先将车载惯性组合导航系统（包括惯性测量单元、GNSS、里程计）安装在车载平台上，采集惯性测量单元的数据信息、GNSS的数据信息、里程计的数据信息，并对三种数据信息进行时间同步；然后建立拐弯点里程计刻度系数补偿模型，获得拐弯点里程计刻度系数补偿值；根据拐弯点里程计刻度系数补偿值，获得补偿后的里程计的位置增量；最后结合补偿后的里程计的位置增量和惯性测量单元的数据信息，对DR导航定位结果进行修正，得到最终定位信息。本发明采用航向角速度对拐弯点里程计刻度系数误差进行建模补偿，可有效提高车载惯性组合导航系统在GNSS信号不可用且拐弯环境下系统的定位定姿精度，提高系统输出稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于里程计刻度系数修正的车载DR导航方法的流程图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本实施例提供了一种基于里程计刻度系数修正的车载DR（dead reckoning，航位推算）导航方法，主要包括以下步骤：

步骤1、将车载惯性组合导航系统安装在车载平台上，所述车载惯性组合导航系统包括惯性测量单元、GNSS、里程计；采集惯性测量单元的数据信息、GNSS的数据信息、里程计的数据信息，并对三种数据信息进行时间同步。

步骤2、建立拐弯点里程计刻度系数补偿模型，获得拐弯点里程计刻度系数补偿值。

具体的，拐弯点里程计刻度系数补偿模型采用如下公式：

其中，

表示拐弯点里程计刻度系数补偿值；

表示GNSS信号不可用时 对应航向陀螺输出的航向角速度；

表示自适应的常值参数。

所述自适应的常值参数

采用如下方法获得：

对GNSS信号的有效性进行判断，若根据所述GNSS的数据信息判断得到GNSS信号可 用，则对航向角速度是否满足第一条件进行判断；若根据所述惯性测量单元的数据信息得 到航向角速度大于预设的阈值，则判定航向角速度满足第一条件；满足所述第一条件后，根 据GNSS的位置增量和里程计的位置增量计算得到自适应的常值参数

。

所述自适应的常值参数

采用如下公式：

其中，

是GNSS信号可用时对应航向陀螺输出的航向角速度，

表示GNSS 的位置增量，

表示里程计的位置增量。

步骤3、根据所述拐弯点里程计刻度系数补偿值，获得补偿后的里程计的位置增量。

具体的，采用如下方法获得所述补偿后的里程计的位置增量：

对GNSS信号的有效性进行判断，若根据所述GNSS的数据信息判断得到GNSS信号不可用，则对航向角速度是否满足第一条件进行判断；若根据所述惯性测量单元的数据信息得到航向角速度大于预设的阈值，则判定航向角速度满足第一条件；满足所述第一条件后，根据所述拐弯点里程计刻度系数补偿值和里程计的位置增量计算得到补偿后的里程计的位置增量。

所述补偿后的里程计的位置增量采用如下公式：

其中，

表示补偿后的里程计的位置增量。

步骤4、结合所述补偿后的里程计的位置增量和所述惯性测量单元的数据信息，对DR导航定位结果进行修正，得到最终定位信息。

本发明提供一种基于里程计刻度系数修正的车载DR导航方法，该方法基于智能驾驶应用的低成本车载惯性组合导航系统，为低成本车载惯性组合导航系统在GNSS信号不可用场景提供有效的里程计补偿方法，提高系统定位定姿精度。在实际低成本车载惯性组合导航系统的工程应用中，GNSS信号有效时，可准确估计出里程计误差，该估计值可为GNSS信号不可用且汽车处于直线行驶状态下里程计应用提供准确补偿，而基于里程计刻度系数修正的车载DR导航方法则提高了GNSS信号不可用且汽车处于拐弯状态下的系统精度，有效提高基于智能驾驶应用的车载惯性组合导航系统输出的准确性和稳定性。

下面对本发明做进一步的说明。

参见附图1，本实施例提供的一种基于里程计刻度系数修正的车载DR导航方法包括以下步骤：

步骤一、将基于智能驾驶应用的车载惯性组合导航系统安装在车载平台上，其中，低成本车载惯性组合导航系统包括惯性测量单元、GNSS（Global Navigation SatelliteSystem，全球卫星导航系统）、里程计。采集惯性测量单元的数据信息、GNSS的数据信息和里程计的数据信息，并对上述三种数据信息进行时间同步。

其中，所述惯性测量单元中的航向陀螺用于输出检测载体在三维空间中的航向角速度。所述惯性测量单元的数据信息主要包括航向角速度。

步骤二、建立拐弯点里程计刻度系数补偿模型，具体如下：

（1）

其中，

是里程计在拐弯点的刻度系数补偿值，

是GNSS信号不可用时 航向陀螺输出的航向角速度，由低成本惯性测量单元实时输出；

是自适应的常值 参数，在步骤三中自适应计算获得。

步骤三、判断GNSS信号的有效性，根据GNSS的数据信息判断GNSS信号是否有效，在 GNSS信号可用时且根据惯性测量单元的数据信息得到航向角速度大于阈值（阈值选取角速 度变化显著值，参考值在5度每秒左右）时，根据GNSS有效的位置增量和里程计的位置增量 计算

，具体如下：

（2）

其中，

是GNSS信号可用时航向陀螺输出的航向角速度，

是GNSS的位置 增量，由前一秒和后一秒的GNSS位置差值计算得到；

是里程计的位置增量，由里程计 实时输出得到。

步骤四、判断GNSS信号的有效性。根据GNSS的数据信息判断GNSS信号不可用，且根据惯性测量单元的数据信息得到航向角速度大于阈值（阈值选取角速度变化显著值，参考值在5度每秒左右）时，采用公式（1）实时计算拐弯点里程计刻度系数补偿值，并将该值补偿到里程计中，具体补偿如下：

（3）

其中，

是补偿后的里程计的位置增量，用于在GNSS信号不可用且汽车拐弯 （具体的可根据航向陀螺输出角速度判断汽车拐弯）处，将补偿后的里程计的数据与惯性测 量单元的数据进行融合，得到修正后的导航结果。

本发明实施例提供的一种基于里程计刻度系数修正的车载DR导航方法至少包括如下技术效果：

本发明采用航向角速度对拐弯点里程计刻度系数误差进行建模补偿，可有效提高车载惯性组合导航系统在GNSS信号不可用且拐弯环境下系统的定位定姿精度，提高系统输出稳定性。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种基于里程计刻度系数修正的车载DR导航方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将车载惯性组合导航系统安装在车载平台上，所述车载惯性组合导航系统包括惯性测量单元、GNSS、里程计；采集惯性测量单元的数据信息、GNSS的数据信息、里程计的数据信息，并对三种数据信息进行时间同步；

步骤2、建立拐弯点里程计刻度系数补偿模型，获得拐弯点里程计刻度系数补偿值；

步骤3、根据所述拐弯点里程计刻度系数补偿值，获得补偿后的里程计的位置增量；

步骤4、结合所述补偿后的里程计的位置增量和所述惯性测量单元的数据信息，对DR导航定位结果进行修正，得到最终定位信息；

其中，所述步骤2中建立的拐弯点里程计刻度系数补偿模型采用如下公式：

δk_{od_wz}＝ω_z1/c_{gnss_od}

其中，δk_{od_wz}表示拐弯点里程计刻度系数补偿值；ω_z1表示GNSS信号不可用时对应航向陀螺输出的航向角速度；c_{gnss_od}表示自适应的常值参数。

2.根据权利要求1所述的基于里程计刻度系数修正的车载DR导航方法，其特征在于，所述自适应的常值参数c_{gnss_od}采用如下方法获得：

对GNSS信号的有效性进行判断，若根据所述GNSS的数据信息判断得到GNSS信号可用，则对航向角速度是否满足第一条件进行判断；

若根据所述惯性测量单元的数据信息得到航向角速度大于预设的阈值，则判定航向角速度满足第一条件；

满足所述第一条件后，根据GNSS的位置增量和里程计的位置增量计算得到自适应的常值参数c_{gnss_od}。

3.根据权利要求2所述的基于里程计刻度系数修正的车载DR导航方法，其特征在于，所述自适应的常值参数c_{gnss_od}采用如下公式：

其中，ω_z2是GNSS信号可用时对应航向陀螺输出的航向角速度，Δs_GNSS表示GNSS的位置增量，Δs_od表示里程计的位置增量。

4.根据权利要求3所述的基于里程计刻度系数修正的车载DR导航方法，其特征在于，所述步骤3中，采用如下方法获得所述补偿后的里程计的位置增量：

对GNSS信号的有效性进行判断，若根据所述GNSS的数据信息判断得到GNSS信号不可用，则对航向角速度是否满足第一条件进行判断；

若根据所述惯性测量单元的数据信息得到航向角速度大于预设的阈值，则判定航向角速度满足第一条件；

满足所述第一条件后，根据所述拐弯点里程计刻度系数补偿值和里程计的位置增量计算得到补偿后的里程计的位置增量。

5.根据权利要求4所述的基于里程计刻度系数修正的车载DR导航方法，其特征在于，所述补偿后的里程计的位置增量采用如下公式：

Δs_odc＝(1+δk_{od wz})Δs_od

其中，Δs_odc表示补偿后的里程计的位置增量。

Images