CN113063429A - 一种自适应车载组合导航定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应车载组合导航定位方法,该方法将卫星定位系统和捷联惯导系统进行多传感器信息融合,在标准组合导航系统的基础上,根据卫星定位质量等因素构建调节因子,对系统观测噪声阵进行实时自适应调节,即构造自适应的GPS/INS卡尔曼滤波算法,从而可以在任何复杂环境下,能够获得高精度车辆的位置、速度、姿态、加速度和角速度等信息,本发明专利实时性高,鲁棒性好。
Description
技术领域
本发明涉及汽车导航技术领域,具体为一种自适应车载组合导航定位方法。
背景技术
卫星导航是当前应用最广泛的定位技术,定位和测速精度较高,且长时间工作稳定性好。但是,在许多复杂环境下(高架下、隧道、车库),卫星定位常常存在多路径效应干扰、卫星信号被遮挡或失锁的问题,甚至不能定位或定位误差大等问题,从而无法工作。
捷联惯导系统,简称惯导,是一种完全自主导航系统,他可以连续提供载体的位置、速度、姿态、加速度和角速度等信息,短时间内稳定性好,使用方便,成本低廉。
基于上述分析,采用卡尔曼滤波技术可以把卫星定位和惯导定位进行信息融合,获得各种环境下的车辆位置信息、速度信息等,从而可以实现高性能的导航定位,但是,大量研究表明,低成本组合导航系统中,卫星接收机会受到建筑物、云层以及电磁的干扰,导致量测噪声经常发生变化,所以,必须利用实时测量信息对组合导航系统进行实时纠正,但是,常用自适应组合导航滤波算法往往利用新息进行结算,计算量大,很难保证实时性。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种自适应车载组合导航定位方法,通过自适应组合导航算法将惯性导航测量数据和卫星导航测量数据进行自适应数据融合修正,计算量小,可以实时获得车辆定位信息。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种自适应车载组合导航定位方法,提供一车载导航系统,所述车载导航系统包括,
卫星导航接收模块,用于接收GPS卫星发射信号并对所述GPS卫星发射信号进行处理生成GPS导航数据;
捷联惯性导航模块,包含若干MEMS传感器,所述捷联惯性导航模块用于获取MEMS传感器的测量信息并进行处理生成惯性导航数据;
所述组合导航定位方法包括,
步骤S1、获取所述卫星导航接收模块的GPS导航数据和所述捷联惯性导航模块的惯性导航数据并依据所述GPS导航数据和所述惯性导航数据设定初始测量误差;
步骤S2、构建卡尔曼滤波算法,依据所述初始测量误差设定所述卡尔曼滤波算法的状态变量和量测变量,并依据所述初始测量误差计算出系统噪声方差和量测噪声方差;
步骤S3、构建自适应调节因子,所述自适应调节因子包括精度调节因子和方向调节因子,所述精度调节因子根据GPS导航数据进行构建,所述方向调节因子根据GPS导航数据和所述惯性导航数据进行构建;并依据所述量测噪声方差和所述自适应调节因子构建量测噪声协方差;
步骤S4、进行所述卡尔曼滤波算法的时间更新解算并将量测噪声协方差代入至卡尔曼滤波算法的时间更新解算过程中计算出状态变量的最优估计值;
步骤S5、所述车载导航系统依据计算出的状态变量的所述最优估计值对惯性导航数据进行修正计算,并输出优化定位信息。
优选的,所述GPS导航数据包括车辆位置信息一、速度信息一、方向信息一、加速度信息一和角速度信息一,所述惯性导航数据包括车辆位置信息二、速度信息二、方向信息二、加速度信息二和角速度信息二,所述优化定位信息包括估计车辆位置信息、估计速度信息、估计方向信息、估计加速度信息和估计角速度信息。
优选的,所述车辆位置信息一包括经度信息一、纬度信息一和高度信息一,所述速度信息一包括经度速度一、纬度速度一和高度速度一,所述方向信息一包括第一俯仰值、第一横滚值和第一航向值,所述加速度信息一包括X轴加速度一、Y轴加速度一和Z轴加速度一,所述角速度信息一包括X轴角速度一、Y轴角速度一和Z轴角速度一;
所述车辆位置信息二包括经度信息二、纬度信息二和高度信息二,所述速度信息二包括经度速度二、纬度速度二和第二高度速度,所述方向信息二包括第二俯仰值、第二横滚值和第二航向值,所述加速度信息二包括X轴加速度二、Y轴加速度二和Z轴加速度二,所述角速度信息二包括X轴角速度二、Y轴角速度二和Z轴角速度二。
优选的,所述步骤S2中的状态变量设定为
所述步骤S2中的量测变量设定为
其中,δLδλδh为位置误差,δvEδvNδvU为速度误差,δφEδφNδφU为方向误差,εxεyεz为加速度误差,ΔxΔyΔz为加速度误差,为经度位置误差,为纬度位置误差,为高度位置误差,为经度速度误差,为纬度速度误差,为高度速度误差。
优选的,在所述步骤S2中,系统噪声方差为:
量测噪声方差为:
其中,RL、Rλ和Rh分别是经度、纬度、高度的测量噪声方差,RE、RN、RU分别是东向速度、北向速度、天向速度的测量噪声方差
优选的,在所述步骤S3中,精度调节因子根据当前GPS导航数据中的位置定位误差进行构建,所述精度调节因子为:
其中,elat-k为当前GPS导航数据纬度误差,elon-k为当前GPS导航数据经度误差,epk为GPS导航数据经纬度误差的均方根误差;epmin为从零时刻到达时刻k时间段内所有epk的最小值,λep和μep为比例系数,Gpk为精度调节因子。
在所述步骤S3中,根据GPS导航数据中的方向信息一和惯性导航数据中的方向信息二构建方向调节因子,所述方向调节因子为:
ehk=|headinggps-headingins|
其中,headinggps为当前卫星定位提供方向,headingins为当前惯性导航提供方向,ehk为时刻k的两者方向误差的绝对值;ehΔ为方向误差的第一阈值,取值为5度,μhp为比例系数,取值100,Ghk为方向调节因子。
优选的,在所述步骤S3中,自适应调节因子为:
在所述步骤S3中,量测噪声协方差为:
其中,Gek为自适应调节因子,Rk为系统量测噪声方差,Bk为量测噪声协方差。
优选的,在所述步骤S2中构建卡尔曼滤波算法包括建立离散化的卡尔曼滤波方程:
Xk=Φk,k-1Xk-1+Γk-1Wk-1
Zk=HkXk+Vk
其中,k为车载导航系统滤波解算的时刻,Xk为k时刻的状态变量,Zk为k时刻的测量变量,Φk,k-1为k-1到k时刻的状态转移矩阵;Wk-1为k-1时刻的系统噪声;Γk-1为系统噪声矩阵,Hk为k时刻的量测矩阵;Vk为k时刻的量测噪声。
优选的,Φ状态转移矩阵为15*15矩阵,其中,非零元素如下,其中,第一数字为行,第二个数字为列:
Φ(3,6)=1
Φ(4,8)=-fU
Φ(4,9)=fN
Φ(5,7)=fU
Φ(5,9)=-fE
Φ(6,1)=-2VEωiesinL
Φ(6,8)=-fN
Φ(6,9)=fE
Φ(8,1)=ωiesinL
其中,RN和RM分别代表卯酉面、子午面地球半径;VE、VN和VU分别代表东向速度、北向速度、天向速度,L和h分别是经度和高度,ωie为地球自转角度,为载体坐标系到机体坐标系的转换矩阵,fE、fN和fU分别是加速度计在东向、北向和天向测量的比力信息。
其中,H量测转移矩阵为6*15矩阵,其中,非零元素如下,其中,第一数字为行,第二个数字为列:
Φ(1,1)=1
Φ(2,2)=1
Φ(3,3)=1
Φ(4,4)=1
Φ(5,5)=1
Φ(6,6)=1
优选的,在步骤S4中,进行卡尔曼滤波算法的时间更新解算的过程如下:
其中,为k-1时刻卡尔曼滤波估计值,Φk/k-1为k-1到k时刻的状态转移矩阵,是对k时刻的一步预测估计值,Γk-1为系统噪声矩阵,Pk-1为k-1时刻的均方误差矩阵,Pk/k-1为一步预测均方误差矩阵,通过上述时间更新解算,可以把k-1时刻的估计值推算出k时刻估计值;
在步骤S4中,将量测噪声协方差代入至卡尔曼滤波算法的时间更新解算过程中并计算出状态变量的最优估计值的过程如下:
其中,Bk为量测噪声协方差,Hk为k时刻的量测矩阵,Pk/k-1为一步预测均方误差矩阵,Kk为k时刻的滤波增益矩阵,Pk为k时刻的均方误差矩阵,Zk为K时刻的量测向量,为k时刻的估计值,为k时刻的最优值。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
本发明根据GPS导航数据构建精度调节因子,并根据GPS导航数据和所述惯性导航数据的运算关系构建方向调节因子;并依据量测噪声方差和自适应调节因子构建量测噪声协方差;有效的解决了各种复杂环境下卫星定位噪声变化导致的传统组合导航滤波算法精度下降的情况;通过自适应调节因子的建立,可以在量测噪声增大时,减少滤波增益,降低量测信号对组合导航的作用,在量测噪声减少时候,加大滤波增益,增大测量信号对组合导航的作用,通过这种自适应的调节,有效的解决了由时变噪声导致的传统卡尔曼滤波精度下降的问题,在高楼林立、车库、隧道等任何环境下提高了组合导航系统输出的定位、速度、姿态、加速度和角速度等信息精度。
附图说明
图1为自适应卡尔曼滤波算法流程图;
图2为GPS/INS自适应组合导航系统架构图;
图3为本发明与新息自适应组合导航方法的位置误差对比图;
图4为本发明与新息自适应组合导航方法的速度误差对比图。
具体实施方式
本发明目的为了解决现有组合导航方法的不足,采用一种自适应的卡尔曼滤波算法实现高精度的车辆位置、速度、姿态、加速度和角速度等信息,该方法可以明显改善各种复杂环境造成环境噪声改变引起的卡尔曼滤波算法发散的情况,提高组合导航的鲁棒性和精度。
本发明专利的自适应组合导航方法包括以下步骤:
步骤一:确定组合导航系统的状态变量和观测变量。以经纬度误差、速度误差、姿态误差、陀螺仪误差以及加速度误差作为状态变量,利用卫星定位和惯导定位的位置和速度差值作为观测变量。
状态变量为
量测变量为
其中,δLδλ为位置误差,δvEδvNδvU为速度误差,δφEδφNδφU为姿态误差,εxεyεz为陀螺仪常值漂移,ΔxΔyΔz为加速度偏置。为经度位置误差,为纬度位置误差,为高度位置误差,为经度速度误差,为纬度速度误差,为高度速度误差。
步骤二:建立离散化的卡尔曼滤波方程:
Xk=Φk,k-1Xk-1+Γk-1Wk-1
Zk=HkXk+Vk
其中,k为组合导航系统滤波解算的时刻,Xk为k时刻的状态变量,Zk为k时刻的测量变量,Φk,k-1为k-1到k时刻的状态转移矩阵;Wk-1为k-1时刻的系统噪声;Γk-1为系统噪声矩阵,Hk为k时刻的量测矩阵;Vk为k时刻的量测噪声。
其中,Φ状态转移矩阵为15*15矩阵,其中,非零元素如下,其中,第一数字为行,第二个数字为列:
Φ(3,6)=1
Φ(4,8)=-fU
Φ(4,9)=fN
Φ(5,7)=fU
Φ(5,9)=-fE
Φ(6,1)=-2VEωiesinL
Φ(6,8)=-fN
Φ(6,9)=fE
Φ(8,1)=ωiesinL
其中,RN和RM分别代表卯酉面、子午面地球半径;VE、VN和VU分别代表东向速度、北向速度、天向速度,L和h分别是经度和高度,ωie为地球自转角度,为载体坐标系到机体坐标系的转换矩阵,fE、fN和fU分别是加速度计在东向、北向和天向测量的比力信息。
其中,H量测转移矩阵为6*15矩阵,其中,非零元素如下,其中,第一数字为行,第二个数字为列:
Φ(1,1)=1
Φ(2,2)=1
Φ(3,3)=1
Φ(4,4)=1
Φ(5,5)=1
Φ(6,6)=1
步骤三:确定组合导航系统的系统噪声方差和量测噪声方差。通过六轴传感器的数据采样和分析确定系统噪声方差,通过卫星导航的位置和速度误差分析确定量测噪声方差。
系统噪声方差为:
量测噪声方差:
其中,RL、Rλ和Rh分别是经度、纬度、高度的测量噪声方差,RE、RN、RU分别是东向速度、北向速度、天向速度的测量噪声方差。
步骤四:进行离散卡尔曼滤波的时间更新解算。
其中,为k-1时刻卡尔曼滤波估计值,Φk/k-1为k-1到k时刻的状态转移矩阵,是对k时刻的一步预测估计值,Γk-1为系统噪声矩阵,Pk-1为k-1时刻的均方误差矩阵,Pk/k-1为一步预测均方误差矩阵。通过上述时间更新解算,可以把k-1时刻的估计值推算出k时刻估计值。
步骤五:根据卫星定位和惯导定位的信息构建自适应调节因子。
(1)根据定位标准差信息GPGST协议获得卫星定位当前的精度指标,构建精度调节因子:
λep=3,μep=200
其中,elat-k为当前纬度误差,elon-k为当前经度误差,epk为经纬度误差的均方根误差;epmin为从零时刻到达时刻k时间段内所有epk的最小值,λp和μp为比例系数,Gpk为精度调节因子。
通过精度调节因子Gpk,可以根据卫星定位的实时测量误差调节卡尔曼滤波算法里面量测噪声。当卫星定位误差小于等于3倍的最小定位误差阈值,认为当前卫星定位精度较高,Gpk为1;当卫星定位误差大于3倍的最小定位误差阈值,Gpk将会随着卫星定位误差的增加而增加。总之,通过上述自适应调节实现自适应组合导航。
(2)结合卫星定位当前的精度指标,根据卫星导航和惯性导航的方向误差,构建方向调节因子:
μp=100,ehΔ=5
通过方向调节因子可以根据卫星定位的实时测量误差调节卡尔曼滤波算法里面量测噪声。因为惯导的方法不会受到环境影响,短时间内精度极高,而卫星定位在复杂环境下容易产生较大的方向误差,所以,当卫星定位和惯导的方向误差小于等于5度,认为当前卫星方向精度较高,为1;当卫星定位误差大于5度,将会随着卫星定位和惯导方向误差的增加而增加。总之,通过上述自适应调节实现自适应组合导航。
(3)基于精度调节因子和方向调节因子,构建调节因子以及噪声协方差:
其中,Gek为调节因子,Rk为系统噪声方差,Bk为具有自适应调节功能的量测噪声协方差。
通过具有自适应调节功能的量测噪声,可以把卫星定位收到环境影响的因素考虑进去,然后实现自适应组合导航。
步骤五:把具有自适应调节功能的量测噪声协方差Bk带入卡尔曼离散滤波算法的量测更新过程中,具体如下:
其中,Bk为具有自适应调节功能的量测噪声协方差,Hk为k时刻的量测矩阵,Pk/k-1为一步预测均方误差矩阵,Kk为k时刻的滤波增益矩阵,Pk为k时刻的均方误差矩阵,Zk为K时刻的量测向量,为k时刻的估计值,为k时刻的最优值。
其中,Pbest为最优位置,Lins、λins、为惯导推导的经度、纬度和高度,δL、δλ和为自适应组合导航获得的位置误差;Vbest为最优速度,Veins、Vnins和Vuins为惯导推导的速度,δvE、δvN和δvU是自适应组合导航获得的速度误差;φbest为最优姿态,φpins、φrins和φyins是惯导推导的俯仰、横滚和航向,δφp、δφr和δφy是自适应组合导航获得的姿态误差;Abest为最优加速度,Axins、Ayins和Ayins是惯导推导的X轴、Y轴和Z轴加速度,Δx、Δy和Δz是自适应组合导航获得的加速度误差;Gbest为最优角速度,Gxins、Gyins和Gyins是惯导推导的的X轴、Y轴和Z的角速度,εx、εy和εz是自适应组合导航获得的角速度误差。
依据上述步骤,本实施仿真结果如图2和图3所示。图中,星点虚线为就新息的自适应组合导航的误差结果,圆点虚线为本发明专利的组合导航的误差结果。从图2和图3可以看出:
在530秒之前,在空旷环境下工作,卫星定位精度较高,组合导航系统主要依靠卫星导航定位,本发明和新息自适应组合导航的位置误差和速度误差都比较小,基本一致。
在530秒之后,进入复杂定位环境下,本发明专利的位置误差和速度误差都比新息自适应组合导航的位置误差和速度误差小很多,经过统计分析,本发明专利位置误差比新息自适应组合导航的位置误差减少了82.4%,本发明专利速度误差比新息自适应组合导航的速度误差减少了81.5%,所以,本发明专利根据卫星定位和惯导定位构建的调节因子,实现了自适应组合导航方法,该方面能够保持较高精度和良好滤波的稳定性。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种自适应车载组合导航定位方法,其特征在于,提供一车载导航系统,所述车载导航系统包括,
卫星导航接收模块,用于接收GPS卫星发射信号并对所述GPS卫星发射信号进行处理生成GPS导航数据;
捷联惯性导航模块,包含若干MEMS传感器,所述捷联惯性导航模块用于获取MEMS传感器的测量信息并进行处理生成惯性导航数据;
所述组合导航定位方法包括,
步骤S1、获取所述卫星导航接收模块的GPS导航数据和所述捷联惯性导航模块的惯性导航数据并依据所述GPS导航数据和所述惯性导航数据设定初始测量误差;
步骤S2、构建卡尔曼滤波算法,依据所述初始测量误差设定所述卡尔曼滤波算法的状态变量和量测变量,并依据所述初始测量误差计算出系统噪声方差和量测噪声方差;
步骤S3、构建自适应调节因子,所述自适应调节因子包括精度调节因子和方向调节因子,所述精度调节因子根据GPS导航数据进行构建,所述方向调节因子根据GPS导航数据和所述惯性导航数据进行构建;并依据所述量测噪声方差和所述自适应调节因子构建量测噪声协方差;
步骤S4、进行所述卡尔曼滤波算法的时间更新解算并将量测噪声协方差代入至卡尔曼滤波算法的时间更新解算过程中计算出状态变量的最优估计值;
步骤S5、所述车载导航系统依据计算出的状态变量的所述最优估计值对惯性导航数据进行修正计算,并输出优化定位信息。
2.根据权利要求1所述的一种自适应车载组合导航定位方法,其特征在于,所述GPS导航数据包括车辆位置信息一、速度信息一、方向信息一、加速度信息一和角速度信息一,所述惯性导航数据包括车辆位置信息二、速度信息二、方向信息二、加速度信息二和角速度信息二,所述优化定位信息包括估计车辆位置信息、估计速度信息、估计方向信息、估计加速度信息和估计角速度信息。
3.根据权利要求2所述的一种自适应车载组合导航定位方法,其特征在于,所述车辆位置信息一包括经度信息一、纬度信息一和高度信息一,所述速度信息一包括经度速度一、纬度速度一和高度速度一,所述方向信息一包括第一俯仰值、第一横滚值和第一航向值,所述加速度信息一包括X轴加速度一、Y轴加速度一和Z轴加速度一,所述角速度信息一包括X轴角速度一、Y轴角速度一和Z轴角速度一;
所述车辆位置信息二包括经度信息二、纬度信息二和高度信息二,所述速度信息二包括经度速度二、纬度速度二和第二高度速度,所述方向信息二包括第二俯仰值、第二横滚值和第二航向值,所述加速度信息二包括X轴加速度二、Y轴加速度二和Z轴加速度二,所述角速度信息二包括X轴角速度二、Y轴角速度二和Z轴角速度二。
6.根据权利要求5所述的一种自适应车载组合导航定位方法,其特征在于,在所述步骤S3中,精度调节因子根据当前GPS导航数据中的位置定位误差进行构建,所述精度调节因子为:
其中,elat-k为当前GPS导航数据纬度误差,elon-k为当前GPS导航数据经度误差,epk为GPS导航数据经纬度误差的均方根误差;epmin为从零时刻到达时刻k时间段内所有epk的最小值,λep和μep均为比例系数,λep取值范围为2-10,μep取值范围为100-500,Gpk为精度调节因子。
在所述步骤S3中,根据GPS导航数据中的方向信息一和惯性导航数据中的方向信息二构建方向调节因子,所述方向调节因子为:
ehk=|headinggps-headingins|
其中,headinggps为当前卫星定位提供方向,headingins为当前惯性导航提供方向,ehk为时刻k的两者方向误差的绝对值;ehΔ为方向误差的第一阈值,取值为范围为2-10度,μhp为比例系数,取值范围为20-300,Ghk为方向调节因子。
8.根据权利要求7所述的一种自适应车载组合导航定位方法,其特征在于,在所述步骤S2中构建卡尔曼滤波算法包括建立离散化的卡尔曼滤波方程:
Xk=Φk,k-1Xk-1+Γk-1Wk-1
Zk=HkXk+Vk
其中,k为车载导航系统滤波解算的时刻,Xk为k时刻的状态变量,Zk为k时刻的测量变量,Φk,k-1为k-1到k时刻的状态转移矩阵;Wk-1为k-1时刻的系统噪声;Γk-1为系统噪声矩阵,Hk为k时刻的量测矩阵;Vk为k时刻的量测噪声。
9.根据权利要求8所述的一种自适应车载组合导航定位方法,其特征在于,Φ状态转移矩阵为15*15矩阵,其中,非零元素如下,其中,第一数字为行,第二个数字为列:
Φ(3,6)=1
Φ(4,8)=-fU
Φ(4,9)=fN
Φ(5,7)=fU
Φ(5,9)=-fE
Φ(6,1)=-2VEωiesinL
Φ(6,8)=-fN
Φ(6,9)=fE
Φ(8,1)=ωiesinL
其中,RN和RM分别代表卯酉面、子午面地球半径;VE、VN和VU分别代表东向速度、北向速度、天向速度,L和h分别是经度和高度,ωie为地球自转角度,为载体坐标系到机体坐标系的转换矩阵,fE、fN和fU分别是加速度计在东向、北向和天向测量的比力信息。
其中,H量测转移矩阵为6*15矩阵,其中,非零元素如下,其中,第一数字为行,第二个数字为列:
Φ(1,1)=1
Φ(2,2)=1
Φ(3,3)=1
Φ(4,4)=1
Φ(5,5)=1
Φ(6,6)=1
10.根据权利要求9所述的一种自适应车载组合导航定位方法,其特征在于,在步骤S4中,进行卡尔曼滤波算法的时间更新解算的过程如下:
其中,为k-1时刻卡尔曼滤波估计值,Φk/k-1为k-1到k时刻的状态转移矩阵,是对k时刻的一步预测估计值,Γk-1为系统噪声矩阵,Pk-1为k-1时刻的均方误差矩阵,Pk/k-1为一步预测均方误差矩阵,通过上述时间更新解算,可以把k-1时刻的估计值推算出k时刻估计值;
在步骤S4中,将量测噪声协方差代入至卡尔曼滤波算法的时间更新解算过程中并计算出状态变量的最优估计值的过程如下:
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113804202A (zh) * | 2021-11-19 | 2021-12-17 | 智道网联科技(北京)有限公司 | 组合导航方法、电子设备及存储介质 |
CN114001730A (zh) * | 2021-09-24 | 2022-02-01 | 深圳元戎启行科技有限公司 | 融合定位方法、装置、计算机设备和存储介质 |
CN114413892A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-04-29 | 东南大学 | 一种新型果园机器人组合导航方法 |
CN114440881A (zh) * | 2022-01-29 | 2022-05-06 | 海南大学 | 一种融合多源传感器信息的无人车定位方法 |
CN116165690A (zh) * | 2023-04-21 | 2023-05-26 | 山西省娄烦县皇姑山矿业有限责任公司 | 一种基于gnss/ins的双自适应因子组合导航定位方法 |
CN117647251A (zh) * | 2024-01-30 | 2024-03-05 | 山东科技大学 | 基于观测噪声协方差矩阵的抗差自适应组合导航方法 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103941273A (zh) * | 2014-03-31 | 2014-07-23 | 广东电网公司电力科学研究院 | 机载惯性/卫星组合导航系统的自适应滤波方法与滤波器 |
CN107621264A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-01-23 | 华南理工大学 | 车载微惯性/卫星组合导航系统的自适应卡尔曼滤波方法 |
CN107884800A (zh) * | 2016-09-30 | 2018-04-06 | 华为技术有限公司 | 观测时滞系统的组合导航数据解算方法、装置及导航设备 |
CN109916407A (zh) * | 2019-02-03 | 2019-06-21 | 河南科技大学 | 基于自适应卡尔曼滤波器的室内移动机器人组合定位方法 |
CN110579740A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-17 | 大连海事大学 | 一种基于自适应联邦卡尔曼滤波的无人船组合导航方法 |
CN111780755A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-16 | 南京理工大学 | 一种基于因子图和可观测度分析的多源融合导航方法 |
CN111896008A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-11-06 | 哈尔滨工程大学 | 一种改进的鲁棒无迹卡尔曼滤波组合导航方法 |
CN111928846A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-11-13 | 南京理工大学 | 一种基于联邦滤波的多源融合即插即用组合导航方法 |
CN112284414A (zh) * | 2020-10-10 | 2021-01-29 | 东南大学 | 一种基于多渐消因子自适应动机座旋转调制精对准方法 |
-
2021
- 2021-03-18 CN CN202110292284.6A patent/CN113063429B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103941273A (zh) * | 2014-03-31 | 2014-07-23 | 广东电网公司电力科学研究院 | 机载惯性/卫星组合导航系统的自适应滤波方法与滤波器 |
CN107884800A (zh) * | 2016-09-30 | 2018-04-06 | 华为技术有限公司 | 观测时滞系统的组合导航数据解算方法、装置及导航设备 |
CN107621264A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-01-23 | 华南理工大学 | 车载微惯性/卫星组合导航系统的自适应卡尔曼滤波方法 |
CN109916407A (zh) * | 2019-02-03 | 2019-06-21 | 河南科技大学 | 基于自适应卡尔曼滤波器的室内移动机器人组合定位方法 |
CN110579740A (zh) * | 2019-09-17 | 2019-12-17 | 大连海事大学 | 一种基于自适应联邦卡尔曼滤波的无人船组合导航方法 |
CN111780755A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-16 | 南京理工大学 | 一种基于因子图和可观测度分析的多源融合导航方法 |
CN111928846A (zh) * | 2020-07-31 | 2020-11-13 | 南京理工大学 | 一种基于联邦滤波的多源融合即插即用组合导航方法 |
CN111896008A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-11-06 | 哈尔滨工程大学 | 一种改进的鲁棒无迹卡尔曼滤波组合导航方法 |
CN112284414A (zh) * | 2020-10-10 | 2021-01-29 | 东南大学 | 一种基于多渐消因子自适应动机座旋转调制精对准方法 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
白渊杰: "航天多源组合导航系统融合技术分析与研究", 中国航天电子技术研究院科学技术委员会2020年学术年会论文集, pages 1 - 10 * |
石威: "优化抗差自适应滤波器在深组合导航中的应用", 《导航与控制》, vol. 14, no. 5, pages 11 - 30 * |
苏鑫: "用于组合测姿的Kalman渐消因子自适应估计算法", 《系统仿真学报》, vol. 24, no. 8, pages 1669 - 1673 * |
高同跃: "超小型无人直升机飞控系统及自主滞空飞行的研究", 工程科技Ⅱ辑-航空航天科学与工程, pages 1 - 121 * |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114001730A (zh) * | 2021-09-24 | 2022-02-01 | 深圳元戎启行科技有限公司 | 融合定位方法、装置、计算机设备和存储介质 |
CN114001730B (zh) * | 2021-09-24 | 2024-03-08 | 深圳元戎启行科技有限公司 | 融合定位方法、装置、计算机设备和存储介质 |
CN113804202A (zh) * | 2021-11-19 | 2021-12-17 | 智道网联科技(北京)有限公司 | 组合导航方法、电子设备及存储介质 |
CN113804202B (zh) * | 2021-11-19 | 2022-02-22 | 智道网联科技(北京)有限公司 | 组合导航方法、电子设备及存储介质 |
CN114413892A (zh) * | 2022-01-19 | 2022-04-29 | 东南大学 | 一种新型果园机器人组合导航方法 |
CN114413892B (zh) * | 2022-01-19 | 2024-01-02 | 东南大学 | 一种新型果园机器人组合导航方法 |
CN114440881A (zh) * | 2022-01-29 | 2022-05-06 | 海南大学 | 一种融合多源传感器信息的无人车定位方法 |
CN114440881B (zh) * | 2022-01-29 | 2023-05-30 | 海南大学 | 一种融合多源传感器信息的无人车定位方法 |
CN116165690A (zh) * | 2023-04-21 | 2023-05-26 | 山西省娄烦县皇姑山矿业有限责任公司 | 一种基于gnss/ins的双自适应因子组合导航定位方法 |
CN116165690B (zh) * | 2023-04-21 | 2023-07-07 | 山西省娄烦县皇姑山矿业有限责任公司 | 一种基于gnss/ins的双自适应因子组合导航定位方法 |
CN117647251A (zh) * | 2024-01-30 | 2024-03-05 | 山东科技大学 | 基于观测噪声协方差矩阵的抗差自适应组合导航方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CN113063429B (zh) | 2023-10-24 |
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