CN113447960B - 基于gnss/mems组合车载导航系统的误差标定方法及系统 - Google Patents

基于gnss/mems组合车载导航系统的误差标定方法及系统 Download PDF

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CN113447960B CN202010239198.4A CN202010239198A CN113447960B CN 113447960 B CN113447960 B CN 113447960B CN 202010239198 A CN202010239198 A CN 202010239198A CN 113447960 B CN113447960 B CN 113447960B
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Abstract

本申请涉及定位领域，公开了一种基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法及系统。该方法包括：建立MEMS模块在车体坐标系下的误差模型，误差模型包括陀螺的误差模型和加速度计的误差模型，陀螺的误差模型的误差项至少包括陀螺三轴零偏误差项、“上”向刻度因子误差项，加速度计的误差模型的误差项至少包括加速度计三轴零偏误差项、“前”向刻度因子误差项；根据误差模型构建系统的误差状态方程，误差状态方程包括对应于误差模型中各个误差项的状态量；根据GNSS模块的位置和速度、MEMS模块的位置和速度以及GNSS模块和MEMS模块的杆臂构建MEMS模块的误差量测方程；根据卡尔曼滤波对误差状态方程和误差量测方程进行解算，得到误差项的标定数据。

Description

基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法及系统
技术领域
本申请涉及定位领域，特别涉及基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定技术。
背景技术
随着半导体工艺的不断完善，MEMS得到了巨大的发展。相比其他光纤、激光惯导而言，MEMS具有重量轻、体积小、成本低、可靠性高等诸多优点，因而在手机、无人机、车辅助驾驶、室内定位等各类民用领域的应用越来越广泛。MEMS短期精度高，但误差会随着时间累积，长时间导航时精度会下降，MEMS经常和GNSS组合应用，二者互相弥补，GNSS提供长时间的绝对信息，MEMS则发挥短时间精度高，且不易外界干扰的特长。
目前，针对低成本的MEMS惯导系统中，因精度要求不高，通常会使用简化的捷联惯导更新算法，误差模型中仅考虑零偏误差项，但当载体的机动性较强时，单纯仅考虑零偏误差项不能准确刻画输入量的误差，造成精度下降。同时，在GNSS/MEMS组合系统中，必然存在的GNSS相位中心和MEMS几何中心之间不重合现象，即存在杆臂，若不加以考虑，则会使得系统中人工引入随机粗差，破坏系统的标定能力；若加入状态量中进行估计，不加区分的引入三轴杆臂，忽略系统的标定能力，可能会导致状态量的发散。
发明内容
本申请的目的在于提供一种基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法及系统，能够有效避免系统误差标定过程中状态量的发散，提高系统的精度和稳定性。
本申请公开了一种基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其中，所述GNSS/MEMS组合车载导航系统包括GNSS模块和MEMS模块，所述误差标定方法包括：
建立所述MEMS模块在车体坐标系下的误差模型，其中，所述误差模型包括陀螺的误差模型和加速度计的误差模型，所述陀螺的误差模型的误差项至少包括陀螺三轴零偏误差项、陀螺刻度因子误差项，所述加速度计的误差模型的误差项至少包括加速度计三轴零偏误差项、加速度计刻度因子误差项，其中，所述陀螺刻度因子误差项仅包括“上”向刻度因子误差项，所述加速度计刻度因子误差项仅包括“前”向刻度因子误差项；
根据所述误差模型构建所述GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差状态方程，所述误差状态方程包括对应于误差模型中各个误差项的状态量；
根据所述GNSS模块的观测量得到所述GNSS模块的位置和速度；
根据所述MEMS模块的输出量得到所述MEMS模块的位置和速度；
根据所述GNSS模块的位置和速度、所述MEMS模块的位置和速度以及所述GNSS模块和所述MEMS模块的杆臂构建所述MEMS模块的误差量测方程；
根据卡尔曼滤波对所述误差状态方程和所述误差量测方程进行解算，得到所述误差项的标定数据。
在一个优选例中，所述误差状态方程还包括对应于杆臂误差项的状态量，所述对应于杆臂误差项的状态量仅包括对应于“右”向杆臂误差项的状态量和对应于“前”向杆臂误差项的状态量。
在一个优选例中，所述根据所述GNSS模块的位置和速度、所述MEMS模块的位置和速度以及所述GNSS模块和所述MEMS模块的杆臂构建所述MEMS模块的误差量测方程，进一步包括：
根据所述杆臂对所述GNSS模块的位置和速度进行杆臂补偿；
根据所述GNSS模块杆臂补偿后的位置、所述MEMS模块的位置，建立位置误差量测方程；
根据所述GNSS模块杆臂补偿后的速度、所述MEMS模块的速度，建立速度误差量测方程。
在一个优选例中，所述根据卡尔曼滤波对所述误差状态方程和所述误差量测方程进行解算时，还包括：
对所述误差状态方程中的状态量闭环校正，其中，在校正前，根据所述GNSS模块的位置和速度是否有效以及所述误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于陀螺刻度因子误差项、加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数。
在一个优选例中，所述根据所述GNSS模块的位置和速度是否有效以及所述误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于陀螺刻度因子误差项、加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数，进一步包括：
如果所述GNSS模块的位置和速度无效，则对应于陀螺刻度因子误差项、加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为0；
如果所述GNSS模块的位置和/或速度有效且对应于除陀螺三轴零偏误差项和加速度计三轴零偏误差以外的任一误差项的状态量未收敛，则对应于陀螺刻度因子误差项、加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为1；
如果所述GNSS模块的位置和/或速度有效且对应于除陀螺三轴零偏误差项和加速度计三轴零偏误差以外的任一误差项的状态量收敛，则对应于陀螺刻度因子误差项、加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为c，其中c为常数且0<c<1。
在一个优选例中，所述根据MEMS模块的输出量得到MEMS模块的位置和速度，进一步包括：
根据预先设置的安装转化矩阵，将所述EMES模块的输出量由EMES模块坐标系转换到所述车体坐标系；
根据车体坐标系下的输出量得到所述EMS模块的位置和速度。
本申请还公开了一种基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法其中，所述GNSS/MEMS组合车载导航系统包括GNSS模块和MEMS模块，所述误差标定方法包括：
建立所述MEMS模块在车体坐标系下的误差模型，其中，所述误差模型包括陀螺的误差模型，所述陀螺的误差模型的误差项至少包括陀螺三轴零偏误差项、陀螺刻度因子误差项，所述陀螺刻度因子误差项仅包括“上”向刻度因子误差项；
根据所述误差模型构建所述GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差状态方程，所述误差状态方程包括对应于误差模型中各个误差项的状态量；
根据GNSS模块的观测量得到GNSS模块的位置和速度；
根据MEMS模块的输出量得到MEMS模块的位置和速度；
根据所述GNSS模块的位置和速度、所述MEMS模块的位置和速度以及所述GNSS模块和所述MEMS模块的杆臂构建所述MEMS模块的误差量测方程；
根据卡尔曼滤波对所述误差状态方程和所述误差量测方程进行解算，得到所述误差项的标定数据。
在一个优选例中，所述误差状态方程还包括对应于杆臂误差项的状态量，所述对应于杆臂误差项的状态量仅包括对应于“右”向杆臂误差项的状态量和对应于“前”向杆臂误差项的状态量。
在一个优选例中，所述根据GNSS模块的位置和速度、所述MEMS模块的位置和速度以及所述GNSS模块和所述MEMS模块的杆臂构建所述MEMS模块的误差量测方程，进一步包括：
根据所述杆臂对所述GNSS模块的位置和速度进行杆臂补偿；
根据所述GNSS模块杆臂补偿后的位置、所述MEMS模块的位置，建立位置误差量测方程；
根据所述GNSS模块杆臂补偿后的速度、所述MEMS模块的速度，建立速度误差量测方程。
在一个优选例中，所述根据卡尔曼滤波对所述误差状态方程和所述误差量测方程进行解算时，还包括：
对误差状态方程中的状态量闭环校正，其中，在校正前，根据所述GNSS模块的位置和速度是否有效以及所述误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于陀螺刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数。
在一个优选例中，所述根据所述GNSS模块的位置和速度是否有效以及所述误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于陀螺刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数，进一步包括：
如果所述GNSS模块的位置和速度无效，则对应于陀螺刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为0；
如果所述GNSS模块的位置和/或速度有效且对应于除陀螺三轴零偏误差项以外的任一误差项的状态量未收敛，则对应于陀螺刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为1；
如果所述GNSS模块的位置和/或速度有效且对应于除陀螺三轴零偏误差项以外的任一误差项的状态量收敛，则对应于陀螺刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为c，其中c为常数且0<c<1。
在一个优选例中，所述根据MEMS模块的输出量得到MEMS模块的位置和速度，进一步包括：
根据预先设置的安装转化矩阵，将所述EMES模块的输出量由EMES模块坐标系转换到所述车体坐标系；
根据车体坐标系下的输出量得到EMS模块的位置和速度。
本申请还公开了一种基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法其中，所述GNSS/MEMS组合车载导航系统包括GNSS模块和MEMS模块，所述误差标定方法包括：
建立所述MEMS模块在车体坐标系下的误差模型，其中，所述误差模型包括加速度计的误差模型，所述加速度计的误差模型的误差项至少包括加速度计三轴零偏误差项、加速度计刻度因子误差项，其中，所述加速度计刻度因子误差项仅包括“前”向刻度因子误差项；
根据所述误差模型构建所述GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差状态方程，所述误差状态方程包括对应于误差模型中各个误差项的状态量；
根据GNSS模块的观测量得到GNSS模块的位置和速度；
根据MEMS模块的输出量得到MEMS模块的位置和速度；
根据所述GNSS模块的位置和速度、所述MEMS模块的位置和速度以及所述GNSS模块和所述MEMS模块的杆臂构建所述MEMS模块的误差量测方程；
根据卡尔曼滤波对所述误差状态方程和所述误差量测方程进行解算，得到所述误差项的标定数据。
在一个优选例中，所述误差状态方程还包括对应于杆臂误差项的状态量，所述对应于杆臂误差项的状态量仅包括对应于“右”向杆臂误差项的状态量和对应于“前”向杆臂误差项的状态量。
在一个优选例中，所述根据GNSS模块的位置和速度、所述MEMS模块的位置和速度以及所述GNSS模块和所述MEMS模块的杆臂构建所述MEMS模块的误差量测方程，进一步包括：
根据所述杆臂对所述GNSS模块的位置和速度进行杆臂补偿；
根据所述GNSS模块杆臂补偿后的位置、所述MEMS模块的位置，建立位置误差量测方程；
根据所述GNSS模块杆臂补偿后的速度、所述MEMS模块的速度，建立速度误差量测方程。
在一个优选例中，所述根据卡尔曼滤波对所述误差状态方程和所述误差量测方程进行解算时，还包括：
对误差状态方程中的状态量闭环校正，其中，在校正前，根据所述GNSS模块的位置和速度是否有效以及所述误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数。
在一个优选例中，所述根据所述GNSS模块的位置和速度是否有效以及所述误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数，进一步包括：
如果所述GNSS模块的位置和速度无效，则对应于加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为0；
如果所述GNSS模块的位置和/或速度有效且对应于除加速度计三轴零偏误差以外的任一误差项的状态量未收敛，则对应于加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为1；
如果所述GNSS模块的位置和/或速度有效且对应于除加速度计三轴零偏误差以外的任一误差项的状态量收敛，则对应于加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为c，其中c为常数且0<c<1。
在一个优选例中，所述根据MEMS模块的输出量得到MEMS模块的位置和速度，进一步包括：
根据预先设置的安装转化矩阵，将所述EMES模块的输出量由EMES模块坐标系转换到所述车体坐标系；
根据车体坐标系下的输出量得到EMS模块的位置和速度。
本申请还公开了一种GNSS/MEMS组合车载导航系统包括设置在车体内的GNSS模块、MEMS模块和误差标定模块，所述误差标定模块用于根据如前文描述的误差标定方法进行误差标定。
本申请实施方式中，与现有技术相比，至少包括以下优点和效果：
在车载环境中，在以车体坐标系为敏感轴的MEMS模块中，充分考虑车载平台的运动特征，对于刻度因子误差项，选择关键误差项，例如，可以仅考虑陀螺“上”向刻度因子误差、仅考虑加速度计“前”向刻度因子误差或者考虑二者的组合，将误差项进行合理降维处理，兼顾了INS递推的精度和滤波器状态量的稳定性，有效避免误差标定过程中状态量的发散，提高了系统的精度和稳定性。
进一步地，因为MEMS模块和GNSS模块在安装使用中不可避免存在杆臂误差，如果不加区分的引入三轴杆臂误差，忽略系统的标定能力，可能会导致状态量的发散，本申请的实施方式充分考虑车载平台的运动特征，因“上”向杆臂误差项的状态量的影响较弱，选择对应于“右”向和“前”向杆臂误差项的状态量，将误差项进行合理降维处理，避免了“上”向杆臂误差项的状态量的发散，进一步提高了系统的精度和稳定性。
进一步地，根据GNSS模块的位置和速度的有效性和各状态量的收敛情况设定三种不同的反馈系数，三种反馈系数分别表现为状态量的不反馈、部分反馈和完全反馈，兼顾状态量收敛的速度和平稳性，进一步提升了系统的精度和稳定性。
本申请的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本申请所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本申请上述发明内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均因视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征A+B+C，在另一个例子中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经被记载。
附图说明
图1是根据本申请第一实施方式的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法流程示意图；
图2是根据本申请第二实施方式的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法流程示意图；
图3是根据本申请第三实施方式的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法流程示意图。
具体实施方式
在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
部分概念的说明：
全球导航卫星系统：Global Navigation Satellite System,简称：GNSS。
微惯性导航系统：Micro Electro Mechanical System，简称：MEMS。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。
本申请的第一实施方式涉及一种基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其中，该GNSS/MEMS组合车载导航系统包括GNSS模块和MEMS模块，该误差标定方法流程如图1所示，该方法包括以下步骤：
在步骤101中，建立该MEMS模块在车体坐标系下的误差模型，其中，该误差模型包括陀螺的误差模型和加速度计的误差模型，该陀螺的误差模型的误差项至少包括陀螺三轴零偏误差项、陀螺刻度因子误差项，该加速度计的误差模型的误差项至少包括加速度计三轴零偏误差项、加速度计刻度因子误差项，其中，该陀螺刻度因子误差项仅包括“上”向刻度因子误差项，该加速度计刻度因子误差项仅包括“前”向刻度因子误差项。
具体的，在步骤101中，对于以车辆为载体的运动，当以“右前上”定义车体坐标系(以下简称为b系)时，车辆多为在水平面的转弯运动，如90度左转弯、90度右转弯、180度掉头等，以及少量的上下坡运动，分别对应的数学含义是绕“上”向的角运动和绕“右”向的角运动。因道路倾斜程度多数在10度以内，而90度的转弯、180度的掉头行驶更加频繁，因而“上”向角运动的激烈程度远大于“右”向，因而“上”向为角运动的主要敏感方向，对应的数学含义是以b系为敏感轴的陀螺，其“上”向的输出值远大于其它两个方向的输出值。所以，陀螺“上”向刻度因子的影响最大，可仅考虑陀螺“上”向的刻度因子误差；并且，车辆多为在前后的加减速运动，少量的左右和上下方向的加减速运动，因而“前”向为线运动的主要敏感方向，对应的数学含义是在b系为敏感轴的加速度计，其“前”向的输出值远大于其它两个方向的输出值，因而加速度计“前”向刻度因子的影响最大，可仅考虑加速度计“前”向的刻度因子误差；这样做的好处是，将陀螺和加速度计二者的刻度因子误差状态量从6维降到2维，在保证INS递推精度的同时，降低滤波器的维数，避免状态量的发散。
可以理解，在步骤101中，MEMS模块输出的是敏感轴方向的角运动和线运动，原始三轴敏感轴xyz构成MEM模块坐标系(以下简称为s系)。而在实际使用过程中，因安装条件限制，s系和b系的轴向必然不重合，因而对于同样的运动，在s系和b系下输出值表现的特征不相同，因而需要将MEMS模块输出量从s系转换到b系中，并且建立该MEMS模块在b系下的误差模型，以适应车载平台的应用特征。
之后，进入步骤102，根据该误差模型构建该GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差状态方程，该误差状态方程包括对应于误差模型中各个误差项的状态量。
可选地，步骤102中的误差状态方程还包括对应于杆臂误差项的状态量，该对应于杆臂误差项的状态量仅包括对应于“右”向杆臂误差项的状态量和对应于“前”向杆臂误差项的状态量。具体的，杆臂作为必然存在的状态项，对于前装项目，MEMS模块的安装位置为事先确定，并且不会随意更改位置，虽然可出厂提供杆臂参数，但是考虑到实际应用中结构扭曲等因素，因而有必要在出厂提供的静态杆臂参数基础上进行补偿标定；对于后装项目，MEMS模块的安装比较随机，因安装位置的不确定性和不重复性，因而有必要进行完全标定，所以GNSS模块和MEMS模块安装和/或使用中不可避免存在杆臂误差。在车载应用环境中，当车体做直线运动时，杆臂误差的存在不会对系统造成影响；但是当存在角速度时，则杆臂误差会造成影响，并且角速度越大，影响值越大，在车载平台中，通常情况下存在水平面的转弯运动和高程方向的上下坡运动，其中转弯运动对应的角速度更大且更常见，上下坡运动对应的角速度较小，因而主要是水平面的右向和前向杆臂误差影响，所以考虑仅“右”向杆臂误差项和“前”向杆臂误差项，将杆臂误差的状态量从3维降到2维，这样可进一步地在保证INS递推精度的同时，降低滤波器的维数，避免状态量的发散。
需要说明的是，该误差状态方程还包括对应于GNSS/MEMS组合车载导航系统的必需的基本误差项，包括位置误差项、速度误差项、姿态误差项，具体见后续的示例误差标定方法的描述，因为不是本申请的发明点，此处不做详细展开。
之后，进入步骤103，根据该GNSS模块的观测量得到该GNSS模块的位置和速度。
可选地，当该GNSS模块的观测量中含有差分改正数时，可采用RTK定位得到浮点解或固定解的位置，提高位置精度。
可选地，步骤103时，还可以包括以下步骤：根据该GNSS模块的观测量确定该GNSS模块的位置有效性和速度有效性。例如，以单点定位为例，在得到GNSS模块位置和速度的同时，还可以得到位置置性度和速度置性度，同时记录单点定位中用于卫星质量控制的平均CNO、平均卫星数、卡尔曼滤波伪距平均后验残差、卡尔曼滤波多普勒平均后验残差等质量控制指标。那么，可选取上述质量控制指标中的单个或多个的组合，并且将其与预先设定的各指标的质量阈值进行比较，根据比较结果进行确定该GNSS模块的位置有效性和速度有效性。
之后，进入步骤104，根据该MEMS模块的输出量得到该MEMS模块的位置和速度。
可选地，步骤104可以进一步实现为：根据预先设置的安装转化矩阵，将该EMES模块的输出量由EMES模块坐标系转换到该车体坐标系；根据车体坐标系下的输出量得到该EMS模块的位置和速度。这是因为MEMS模块的输出量是MEMS模块坐标系下的数据，需要预先调整输出量的坐标系以适应车体坐标系。其中，该安装转化矩阵例如可以利用陀螺、加速度计的输出值、重力、GNSS速度等求出，此处不做详细展开。
其中，上述步骤103和步骤104可以以任意顺序执行，也可以并行执行。
之后，进入步骤105，根据该GNSS模块的位置和速度、该MEMS模块的位置和速度以及该GNSS模块和该MEMS模块的杆臂构建该MEMS模块的误差量测方程。
可选地，步骤105可以进一步实现为：根据该杆臂对该GNSS模块的位置和速度进行杆臂补偿；根据该GNSS模块杆臂补偿后的位置、该MEMS模块的位置，建立位置误差量测方程；以及根据该GNSS模块杆臂补偿后的速度、该MEMS模块的速度，建立速度误差量测方程。误差量测方程的杆臂项可以取值为零或近似为零，如0.05米。
之后，进入步骤106，根据卡尔曼滤波对该误差状态方程和该误差量测方程进行解算，得到该误差项的标定数据。
可选地，步骤106中“根据卡尔曼滤波对该误差状态方程和该误差量测方程进行解算”时还包括以下步骤：
对该误差状态方程中的状态量闭环校正，其中，在校正前，根据该GNSS模块的位置和速度是否有效以及该误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于陀螺刻度因子误差项、加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数。
可选地，上述“根据该GNSS模块的位置和速度是否有效以及该误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于陀螺刻度因子误差项、加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数”可以进一步实现为：如果该GNSS模块的位置和速度无效，则对应于陀螺刻度因子误差项、加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为0；如果该GNSS模块的位置和/或速度有效且对应于除陀螺三轴零偏误差项和加速度计三轴零偏误差以外的任一误差项的状态量未收敛(如对应于陀螺刻度因子误差项的状态量未收敛)，则对应于陀螺刻度因子误差项、加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为1；如果该GNSS模块的位置和/或速度有效且对应于除陀螺三轴零偏误差项和加速度计三轴零偏误差以外的任一误差项的状态量收敛，则对应于陀螺刻度因子误差项、加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为c，其中c为常数且0<c<1。需要说明的是，此处设置反馈系数c是为了保证状态量收敛的平稳性，可以根据需要设置c的大小，例如但不限于为1/4、1/2、3/4等。
本申请的第二实施方式涉及一种基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其中，该GNSS/MEMS组合车载导航系统包括GNSS模块和MEMS模块，该误差标定方法流程如图2所示，该方法包括以下步骤：
在步骤201中，建立该MEMS模块在车体坐标系下的误差模型，其中，该误差模型包括陀螺的误差模型，该陀螺的误差模型的误差项至少包括陀螺三轴零偏误差项、陀螺刻度因子误差项，该陀螺刻度因子误差项仅包括“上”向刻度因子误差项。
具体的，对于以车辆为载体的运动，车辆多为在水平面的转弯运动，如90度左转弯、90度右转弯、180度掉头等，以及少量的上下坡运动，分别对应的数学含义是绕“上”向的角运动和绕“右”向的角运动。因道路倾斜程度多数在10度以内，而90度的转弯、180度的掉头行驶更加频繁，因而“上”向角运动的激烈程度远大于“右”向，因此“上”向为角运动的主要敏感方向，对应的数学含义是以b系为敏感轴的陀螺，其“上”的输出值远大于其它两个方向的输出值。所以，“上”向刻度因子的影响最大，可仅考虑“上”向的刻度因子误差，陀螺刻度因子误差状态量从3维降到1维，这样可在保证INS递推精度的同时，降低滤波器的维数，避免状态量的发散。
可以理解，在步骤201中，MEMS模块输出的是敏感轴方向的角运动和线运动，原始三轴敏感轴xyz构成s系。而在实际使用过程中，因安装条件限制，s系和b系的轴向必然不重合，因而对于同样的运动，在s系和b系下输出值表现的特征不相同，因而需要将MEMS模块输出量从s系转换到b系中，并且建立该MEMS模块在b系下的误差模型，以适应车载平台的应用特征。
之后，进入步骤202，根据该误差模型构建该GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差状态方程，该误差状态方程包括对应于误差模型中各个误差项的状态量。
可选地，步骤202中的误差状态方程还包括对应于杆臂误差项的状态量，该对应于杆臂误差项的状态量仅包括对应于“右”向杆臂误差项的状态量和对应于“前”向杆臂误差项的状态量。其中，关于臂杆误差项的状态量的选择细节具体描述见前文的第一实施方式的描述。
需要说明的是，该误差状态方程还包括对应于GNSS/MEMS组合车载导航系统的必需的基本误差项，包括位置误差项、速度误差项、姿态误差项，具体见后续的示例误差标定方法的描述，因为不是本申请的发明点，此处不做详细展开。
之后，进入步骤203，根据GNSS模块的观测量得到GNSS模块的位置和速度。进一步地，当该GNSS模块的观测量中含有差分改正数时，可采用RTK定位得到浮点解或固定解的位置，提高位置精度。
可选地，步骤203时，还可以包括以下步骤：
根据该GNSS模块的观测量确定该GNSS模块的位置有效性和速度有效性。
例如，以单点定位为例，在得到GNSS模块位置和速度的同时，还可以得到位置置性度和速度置性度，同时记录单点定位中用于卫星质量控制的平均CNO、平均卫星数、卡尔曼滤波伪距平均后验残差、卡尔曼滤波多普勒平均后验残差等质量控制指标。那么，可选取上述质量控制指标中的单个或多个的组合，并且将其与预先设定的各指标的质量阈值进行比较，根据比较结果进行确定该GNSS模块的位置有效性和速度有效性。
之后，进入步骤204，根据MEMS模块的输出量得到MEMS模块的位置和速度。
其中，步骤203和步骤204可以以任意顺序执行，也可以并行执行。
可选地，步骤204可以进一步实现为：根据预先设置的安装转化矩阵，将该EMES模块的输出量由EMES模块坐标系转换到该车体坐标系，并且根据车体坐标系下的输出量得到EMS模块的位置和速度。这是因为MEMS模块的输出量是MEMS模块坐标系下的数据，需要预先调整输出量的坐标系以适应车体坐标系。其中，该安装转化矩阵例如可以利用陀螺的输出值、重力、GNSS速度等求出，本申请不做详细展开。
之后，进入步骤205，根据该GNSS模块的位置和速度、该MEMS模块的位置和速度以及该GNSS模块和该MEMS模块的杆臂构建该MEMS模块的误差量测方程。
可选地，步骤205可以进一步实现为：根据该杆臂对该GNSS模块的位置和速度进行杆臂补偿；根据该GNSS模块杆臂补偿后的位置、该MEMS模块的位置，建立位置误差量测方程；以及根据该GNSS模块杆臂补偿后的速度、该MEMS模块的速度，建立速度误差量测方程。误差量测方程的杆臂项可以取值为零或近似为零，如0.05米。
之后，进入步骤206，根据卡尔曼滤波对该误差状态方程和该误差量测方程进行解算，得到该误差项的标定数据。
可选地，步骤206中“根据卡尔曼滤波对该误差状态方程和该误差量测方程进行解算”时还可以包括以下步骤：
对误差状态方程中的状态量闭环校正，其中，在校正前，根据该GNSS模块的位置和速度是否有效以及该误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于陀螺刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数。
可选地，上述“根据该GNSS模块的位置和速度是否有效以及该误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于陀螺刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数”可以进一步实现为：如果该GNSS模块的位置和速度无效，则对应于陀螺刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为0；如果该GNSS模块的位置和/或速度有效且对应于除陀螺三轴零偏误差项以外的任一误差项的状态量未收敛，则对应于陀螺刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为1；以及如果该GNSS模块的位置和/或速度有效且对应于除陀螺三轴零偏误差项以外的任一误差项的状态量收敛，则对应于陀螺刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为c，其中c为常数且0<c<1。此处设置反馈系数c是为了保证状态量收敛的平稳性，可以根据需要设置c的大小，例如但不限于为1/4、1/2、3/4等。
本申请的第三实施方式涉及一种基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其中，该GNSS/MEMS组合车载导航系统包括GNSS模块和MEMS模块，该误差标定方法流程如图3所示，该方法包括以下步骤：
在步骤301中，建立该MEMS模块在车体坐标系下的误差模型，其中，该误差模型包括加速度计的误差模型，该加速度计的误差模型的误差项至少包括加速度计三轴零偏误差项、加速度计刻度因子误差项，其中，该加速度计刻度因子误差项仅包括“前”向刻度因子误差项。
具体的，在步骤301中，对于以车辆为载体的运动，车辆多为在前后的加减速运动，少量的左右和上下方向的加减速运动，因而“前”向为线运动的主要敏感方向，对应的数学含义是在b系为敏感轴的加速度计，其“前”向的输出值远大于其它两个方向的输出值，因而“前”向刻度因子的影响最大，可仅考虑“前”向的刻度因子误差，加速度计刻度因子误差的状态量从3维降到1维，这样可在保证INS递推精度的同时，降低滤波器的维数，避免状态量的发散。
可以理解，在步骤301中，MEMS模块输出的是敏感轴方向的角运动和线运动，原始三轴敏感轴xyz构成s系。而在实际使用过程中，因安装条件限制，s系和b系的轴向必然不重合，因而对于同样的运动，在s系和b系下输出值表现的特征不相同，因而需要将MEMS模块输出量从s系转换到b系中，并且建立该MEMS模块在b系下的误差模型，以适应车载平台的应用特征。
之后，进入步骤302，根据该误差模型构建该GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差状态方程，该误差状态方程包括对应于误差模型中各个误差项的状态量。
可选地，步骤302中的误差状态方程还包括对应于杆臂误差项的状态量，该对应于杆臂误差项的状态量仅包括对应于“右”向杆臂误差项的状态量和对应于“前”向杆臂误差项的状态量。其中，关于臂杆误差项的状态量的选择细节具体描述见前文的第一实施方式的描述。
需要说明的是，该误差状态方程还包括对应于GNSS/MEMS组合车载导航系统的必需的基本误差项，包括位置误差项、速度误差项、姿态误差项，具体见后续的示例误差标定方法的描述，因为不是本申请的发明点，此处不做详细展开。
之后，进入步骤303，根据GNSS模块的观测量得到GNSS模块的位置和速度。进一步地，当该GNSS模块的观测量中含有差分改正数时，可采用RTK定位得到浮点解或固定解的位置，提高位置精度。
可选地，步骤303时，还可以包括以下步骤：
根据该GNSS模块的观测量确定该GNSS模块的位置有效性和速度有效性。
例如，以单点定位为例，在得到GNSS模块位置和速度的同时，还可以得到位置置性度和速度置性度，同时记录单点定位中用于卫星质量控制的平均CNO、平均卫星数、卡尔曼滤波伪距平均后验残差、卡尔曼滤波多普勒平均后验残差等质量控制指标。那么，可选取上述质量控制指标中的单个或多个的组合，并且将其与预先设定的各指标的质量阈值进行比较，根据比较结果进行确定该GNSS模块的位置有效性和速度有效性。
之后，进入步骤304，根据MEMS模块的输出量得到MEMS模块的位置和速度。
可选地，步骤304可以进一步实现为：根据预先设置的安装转化矩阵，将该EMES模块的输出量由EMES模块坐标系转换到该车体坐标系，并且根据车体坐标系下的输出量得到EMS模块的位置和速度。这是因为MEMS模块的输出量是MEMS模块坐标系下的数据，需要预先调整输出量的坐标系以适应车体坐标系。其中，该安装转化矩阵例如可以利用加速度计的输出值、重力、GNSS速度等求出，本申请不做详细展开。
之后，进入步骤305，根据该GNSS模块的位置和速度、该MEMS模块的位置和速度以及该GNSS模块和该MEMS模块的杆臂构建该MEMS模块的误差量测方程。
可选地，步骤305可以进一步实现为：根据该杆臂对该GNSS模块的位置和速度进行杆臂补偿；根据该GNSS模块杆臂补偿后的位置、该MEMS模块的位置，建立位置误差量测方程；以及根据该GNSS模块杆臂补偿后的速度、该MEMS模块的速度，建立速度误差量测方程。误差量测方程的杆臂项可以取值为零或近似为零，如0.05米。
之后，进入步骤306，根据卡尔曼滤波对该误差状态方程和该误差量测方程进行解算，得到该误差项的标定数据。
可选地，步骤306中“根据卡尔曼滤波对该误差状态方程和该误差量测方程进行解算”时还包括以下步骤：
对误差状态方程中的状态量闭环校正，其中，在校正前，根据该GNSS模块的位置和速度是否有效以及该误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数。
可选地，上述“根据该GNSS模块的位置和速度是否有效以及该误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数”可以进一步实现为：如果该GNSS模块的位置和速度无效，则对应于加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为0；如果该GNSS模块的位置和/或速度有效且对应于除加速度计三轴零偏误差以外的任一误差项的状态量未收敛，则对应于加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为1；如果该GNSS模块的位置和/或速度有效且对应于除加速度计三轴零偏误差以外的任一误差项的状态量收敛，则对应于加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为c，其中c为常数且0<c<1。此处设置反馈系数c是为了保证状态量收敛的平稳性，可以根据需要设置c的大小，例如但不限于为1/4、1/2、3/4等。
本申请的第四实施方式涉及一种GNSS/MEMS组合车载导航系统，该系统包括：设置在车体内的GNSS模块、MEMS模块和误差标定模块，其中，所述误差标定模块用于根据第一实施方式的误差标定方法进行误差标定。
其中，第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，第一实施方式中的技术细节可以应用于本实施方式，本实施方式中的技术细节也可以应用于第一实施方式。
本申请的第五实施方式涉及一种GNSS/MEMS组合车载导航系统，该系统包括：设置在车体内的GNSS模块、MEMS模块和误差标定模块，其中，所述误差标定模块用于根据第二实施方式的误差标定方法进行误差标定。
其中，第二实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，第二实施方式中的技术细节可以应用于本实施方式，本实施方式中的技术细节也可以应用于第二实施方式。
本申请的第六实施方式涉及一种GNSS/MEMS组合车载导航系统，该系统包括：设置在车体内的GNSS模块、MEMS模块和误差标定模块，其中，所述误差标定模块用于根据第三实施方式的误差标定方法进行误差标定。
其中，第三实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，第三实施方式中的技术细节可以应用于本实施方式，本实施方式中的技术细节也可以应用于第三实施方式。
为了能够更好地理解本申请的技术方案，下面结合一个具体的例子来进行说明，该例子主要是根据第一实施方式的一个示例误差标定方法，并且该例子中罗列的细节主要是为了便于理解，不作为对本申请保护范围的限制。
该示例误差标定方法具体包括以下步骤：
步骤1：建立MEMS模块的b系下陀螺的误差模型和陀螺的三轴误差模型，陀螺的误差模型的误差项包括陀螺三轴零偏误差项、陀螺刻度因子误差项，加速度计的误差模型的误差项至少包括加速度计三轴零偏误差项、加速度计刻度因子误差项，其中，该陀螺刻度因子误差项仅包括“上”向刻度因子误差项，该加速度计刻度因子误差项仅包括“前”向刻度因子误差项。
具体的，陀螺的误差模型在b系下可建成如下式(1)
Figure BDA0002431991240000211
式(1)中，
Figure BDA0002431991240000212
表示b系中陀螺的输出量，即理论观测量；
Figure BDA0002431991240000213
是陀螺刻度系数；εb是陀螺零偏；
Figure BDA0002431991240000214
是陀螺输出的原始测量值，即b系下的实际测量值；角标g表示陀螺。
由式(1)可得如下式(2)：
Figure BDA0002431991240000215
其中，
Figure BDA0002431991240000221
将式(2)移项整理，得陀螺测量误差模型，如下式(3)：
Figure BDA0002431991240000222
式(3)中，
Figure BDA0002431991240000223
由式(2)、(3)可得陀螺的状态向量，如下式(4)：
Figure BDA0002431991240000224
式(4)中的状态向量依次表示陀螺的三轴零偏误差项、三轴刻度因子误差项，共6维；进一步地，考虑陀螺的误差模型的误差项仅包括陀螺三轴零偏误差项、陀螺“上”向刻度因子误差项，陀螺误差项建模为如下式(5)：
Figure BDA0002431991240000225
式(5)中，角标x、y、z对应b系的“右、前、上”三个敏感轴；δkgz表示b系“上”向的陀螺刻度因子误差。
同理，加速度计的误差模型在车体坐标系下可建成如下式(6)：
Figure BDA0002431991240000226
式(6)中，
Figure BDA0002431991240000227
表示b系中加速度计的输出量，即理论观测量；
Figure BDA0002431991240000228
是加速度计刻度系数；▽b是加速度计零偏；
Figure BDA0002431991240000229
是加速度计输出的原始测量值，即b系下的实际测量值；角标a表示加速度计。
并且，对于加速度计误差状态向量X3的分析过程具体形式和陀螺类似，此处不做详细展开。即考虑加速度计三轴零偏误差项和加速度计“前”向刻度因子误差，具体如下式(7)：
Figure BDA0002431991240000231
式(7)中，角标x、y、z对应b系“右、前、上”三个敏感轴；δkay表示b系“上”向的加速度计刻度因子误差。
步骤2：根据该误差模型构建该GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差状态方程，如下式(8)：
X＝[X1 X2 X3 X4]T (8)
式(8)中，X表示状态向量；X1表示基本状态向量，共9维；X2表示陀螺误差状态向量，共4维；X3表示加速度计误差状态向量，共4维；X4表示杆臂误差状态向量，共2维。
其中，对于基本状态向量X1的描述如下：
选择GNSS/MEMS组合车载导航系统基本误差项，包括位置误差、速度误差、姿态误差共9维，得到基础状态向量X1＝[δp δv φ]T。需要说明的是，本发明中导航系为东北天地理坐标系s，MEMS模块的坐标系为右前上xyz坐标系。其中，δp＝[δL δλ δh]为三维位置误差；δv＝[δvE δvN δvU]为三维速度误差；φ＝[φE φN φU]为平台失准角误差矢量。该必要的基础状态向量为9维，是不管何种应用场景下GNSS/MEMS组合系统必需的基础状态向量。
其中，对于杆臂误差状态向量X4的描述如下：
GNSS模块相位中心和MEMS几何中心不重合标定，即杆臂标定，加入状态向量中，如下式(9)：
X4＝δl＝[δlx δly δlz]T (9)
式(9)中，δl为杆臂误差；角标x、y、z前文描述的含义一致。
在前文中s系转到b系，意味着将ls亦转成lb，那么杆臂可同样享受b系下的特征，忽略“上”杆臂，考虑“右”、“前”向杆臂误差的状态向量，如下式(10)：
X4＝[δlx δly]T (10)
步骤3：根据GNSS模块的观测量得到GNSS模块的位置和速度，并评估GNSS模块的位置有效性QG,Pos、速度有效性QG,Vel。
步骤4：将MEMS模块(陀螺仪+加速度计)的输出量(即原始的观测量)经安装转化矩阵由MEMS模块坐标系转到车载坐标系，如下式(11)：
Figure BDA0002431991240000241
式(11)中，
Figure BDA0002431991240000242
表示MEMS模块坐标系s中陀螺的输出量；
Figure BDA0002431991240000243
表示b系中陀螺的输出量；
Figure BDA0002431991240000244
表示由s系转到b系的安装转化矩阵；
Figure BDA0002431991240000245
为s系中加速度计的输出量；
Figure BDA0002431991240000246
表示b系中加速度计的输出量；角标b车体坐标系，对应车体的“右前上”三个方向；角标s表示MEMS模块坐标系；角标i表示惯性坐标系；并根据转换后的MEMS模块的输出量得到该MEMS模块的位置和速度。
步骤5：根据所述杆臂对所述GNSS模块的位置和速度进行杆臂补偿，根据所述GNSS模块杆臂补偿后的位置、所述MEMS模块的位置，建立位置误差量测方程，根据所述GNSS模块杆臂补偿后的速度、所述MEMS模块的速度，建立速度误差量测方程。具体如下①②③：
①把GNSS系统输出的位置坐标(地固坐标系下)经杆臂补偿后转换成MEMS几何中心的坐标，如下式(12)：
Figure BDA0002431991240000247
式(12)中，
Figure BDA0002431991240000248
表示经杆臂补偿后，GNSS模块在MEMS模块中心处的坐标；
Figure BDA0002431991240000249
表示GNSS模块输出的天线位置；
Figure BDA00024319912400002410
表示b系到导航坐标系(以下简称n系)的转换矩阵；lb表示b系下的杆臂。
经整理，可得位置误差量测方程，如下式(13)：
Figure BDA00024319912400002411
式(13)中，
Figure BDA00024319912400002412
表示MEMS输出的位置；δr表示位置误差；δlb表示杆臂误差。
整理得：
Figure BDA0002431991240000251
式(14)中，Zr表示位置观测量；I为的单位矩阵；Hr表示设计矩阵；m表示除位置、速度、杆臂后的其他状态量个数。
②把GNSS模块输出的速度经杆臂补偿后转换成MEMS几何中心的速度，如下：
Figure BDA0002431991240000252
式(15)中，
Figure BDA0002431991240000253
表示经杆臂补偿后，GNSS模块在MEMS中心处的速度；
Figure BDA0002431991240000254
表示Gnss系数输出的天线速度；ω表示旋转角速度。
可得速度误差量测方程：
Figure BDA0002431991240000255
式(16)中，
Figure BDA0002431991240000256
表示MEMS输出的速度；δv表示速度误差；
Figure BDA0002431991240000257
表示
Figure BDA0002431991240000258
的反对称矩阵；角标e表示地固坐标系。
整理得如下式(17)：
Figure BDA0002431991240000259
Zv表示速度观测量；Hv表示设计矩阵。
③构建该MEMS模块的误差量测方程
Figure BDA00024319912400002510
其中，Z表示观测量，Zr表示位置观测量，Zv表示速度观测量；I为的单位矩阵；Hr表示位置设计矩阵，Hv表示速度设计矩阵；X表示状态向量。
步骤6：根据卡尔曼滤波对该误差状态方程和该误差量测方程进行解算，在解算时，根据
Figure BDA00024319912400002511
对误差状态方程中的状态向量闭环校正，式中，下标i表示状态量；t、t-1表示当前历元t和上一个历元t-1；c表示反馈系数；X表示状态向量，
Figure BDA0002431991240000261
表示滤波器估计值。
每次校正前，调整相应状态量的反馈系数c为不反馈、部分反馈或完全反馈，根据系统的标定能力设定不同的反馈系数，兼顾状态量收敛的速度和平稳性。其中，根据该GNSS模块的位置和速度是否有效以及该误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数，最终得到该误差项的标定数据。
其中，对不同的状态量，反馈系数c不同。
对于基本状态向量X1，反馈系数c1＝1。
陀螺误差状态向量X2，其中零偏εb的反馈系数c＝1；陀螺刻度误差反馈系数根据如下式(18)确定：
Figure BDA0002431991240000262
式(18)中，QG,Pos和QG,Vel表示GNSS模块的位置有效性和速度有效性(见步骤3的描述)，有效为1、无效为0；Xconverge表示状态量是否收敛，收敛为1、不收敛为0。
同理，可得加速度计误差状态向量X3和杆臂误差状态向量X4的反馈系数。
基于对第二实施方式、第三实施方式的理解，可以对上述公式中对应于陀螺或加速度计的相关项进行忽略，以得到对应方案的使用公式。但本发明并不以此为限。
需要说明的是，本领域技术人员应当理解，上述GNSS/MEMS组合车载导航系统的实施方式实现功能可参照前述相应实施方式的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法的相关描述而理解。上述GNSS/MEMS组合车载导航系统的实施方式的功能可通过运行于处理器上的程序(可执行指令)而实现，也可通过具体的逻辑电路而实现。本申请实施例上述GNSS/MEMS组合车载导航系统如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read Only Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。这样，本申请实施例不限制于任何特定的硬件和软件结构。
需要说明的是，在本专利的申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。本专利的申请文件中，如果提到根据某要素执行某行为，则是指至少根据该要素执行该行为的意思，其中包括了两种情况：仅根据该要素执行该行为、和根据该要素和其它要素执行该行为。多个、多次、多种等表达包括2个、2次、2种以及2个以上、2次以上、2种以上。
在本申请提及的所有文献都被认为是整体性地包括在本申请的公开内容中，以便在必要时可以作为修改的依据。此外应理解，以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并非用于限定本说明书的保护范围。凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书一个或多个实施例的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其中，所述GNSS/MEMS组合车载导航系统包括GNSS模块和MEMS模块，其特征在于，所述误差标定方法包括：
建立所述MEMS模块在车体坐标系下的误差模型，其中，所述误差模型包括陀螺的误差模型和加速度计的误差模型，所述陀螺的误差模型的误差项至少包括陀螺三轴零偏误差项、陀螺刻度因子误差项，所述加速度计的误差模型的误差项至少包括加速度计三轴零偏误差项、加速度计刻度因子误差项，其中，所述陀螺刻度因子误差项仅包括“上”向刻度因子误差项，所述加速度计刻度因子误差项仅包括“前”向刻度因子误差项，其中，对于以车辆为载体的运动，以“右前上”定义车体坐标系；
根据所述误差模型构建所述GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差状态方程，所述误差状态方程包括对应于误差模型中各个误差项的状态量；
根据所述GNSS模块的观测量得到所述GNSS模块的位置和速度；
根据所述MEMS模块的输出量得到所述MEMS模块的位置和速度；
根据所述GNSS模块的位置和速度、所述MEMS模块的位置和速度以及所述GNSS模块和所述MEMS模块的杆臂构建所述MEMS模块的误差量测方程；
根据卡尔曼滤波对所述误差状态方程和所述误差量测方程进行解算，得到所述误差项的标定数据。
2.如权利要求1所述的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其特征在于，所述误差状态方程还包括对应于杆臂误差项的状态量，所述对应于杆臂误差项的状态量仅包括对应于“右”向杆臂误差项的状态量和对应于“前”向杆臂误差项的状态量。
3.如权利要求2所述的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其特征在于，所述根据所述GNSS模块的位置和速度、所述MEMS模块的位置和速度以及所述GNSS模块和所述MEMS模块的杆臂构建所述MEMS模块的误差量测方程，进一步包括：
根据所述杆臂对所述GNSS模块的位置和速度进行杆臂补偿；
根据所述GNSS模块杆臂补偿后的位置、所述MEMS模块的位置，建立位置误差量测方程；
根据所述GNSS模块杆臂补偿后的速度、所述MEMS模块的速度，建立速度误差量测方程。
4.如权利要求2所述的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其特征在于，所述根据卡尔曼滤波对所述误差状态方程和所述误差量测方程进行解算时，还包括：
对所述误差状态方程中的状态量闭环校正，其中，在校正前，根据所述GNSS模块的位置和速度是否有效以及所述误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于陀螺刻度因子误差项、加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数。
5.如权利要求4所述的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其特征在于，所述根据所述GNSS模块的位置和速度是否有效以及所述误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于陀螺刻度因子误差项、加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数，进一步包括：
如果所述GNSS模块的位置和速度无效，则对应于陀螺刻度因子误差项、加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为0；
如果所述GNSS模块的位置和/或速度有效且对应于除陀螺三轴零偏误差项和加速度计三轴零偏误差以外的任一误差项的状态量未收敛，则对应于陀螺刻度因子误差项、加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为1；
如果所述GNSS模块的位置和/或速度有效且对应于除陀螺三轴零偏误差项和加速度计三轴零偏误差以外的任一误差项的状态量收敛，则对应于陀螺刻度因子误差项、加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为c，其中c为常数且0＜c＜1。
6.如权利要求1-5中任意一项所述的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其特征在于，所述根据MEMS模块的输出量得到MEMS模块的位置和速度，进一步包括：
根据预先设置的安装转化矩阵，将所述EMES模块的输出量由EMES模块坐标系转换到所述车体坐标系；
根据车体坐标系下的输出量得到所述EMS模块的位置和速度。
7.一种基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其中，所述GNSS/MEMS组合车载导航系统包括GNSS模块和MEMS模块，其特征在于，所述误差标定方法包括：
建立所述MEMS模块在车体坐标系下的误差模型，其中，所述误差模型包括陀螺的误差模型，所述陀螺的误差模型的误差项至少包括陀螺三轴零偏误差项、陀螺刻度因子误差项，所述陀螺刻度因子误差项仅包括“上”向刻度因子误差项，其中，对于以车辆为载体的运动，以“右前上”定义车体坐标系；
根据所述误差模型构建所述GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差状态方程，所述误差状态方程包括对应于误差模型中各个误差项的状态量；
根据GNSS模块的观测量得到GNSS模块的位置和速度；
根据MEMS模块的输出量得到MEMS模块的位置和速度；
根据所述GNSS模块的位置和速度、所述MEMS模块的位置和速度以及所述GNSS模块和所述MEMS模块的杆臂构建所述MEMS模块的误差量测方程；
根据卡尔曼滤波对所述误差状态方程和所述误差量测方程进行解算，得到所述误差项的标定数据。
8.如权利要求7所述的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其特征在于，所述误差状态方程还包括对应于杆臂误差项的状态量，所述对应于杆臂误差项的状态量仅包括对应于“右”向杆臂误差项的状态量和对应于“前”向杆臂误差项的状态量。
9.如权利要求8所述的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其特征在于，所述根据GNSS模块的位置和速度、所述MEMS模块的位置和速度以及所述GNSS模块和所述MEMS模块的杆臂构建所述MEMS模块的误差量测方程，进一步包括：
根据所述杆臂对所述GNSS模块的位置和速度进行杆臂补偿；
根据所述GNSS模块杆臂补偿后的位置、所述MEMS模块的位置，建立位置误差量测方程；
根据所述GNSS模块杆臂补偿后的速度、所述MEMS模块的速度，建立速度误差量测方程。
10.如权利要求8所述的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其特征在于，所述根据卡尔曼滤波对所述误差状态方程和所述误差量测方程进行解算时，还包括：
对误差状态方程中的状态量闭环校正，其中，在校正前，根据所述GNSS模块的位置和速度是否有效以及所述误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于陀螺刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数。
11.如权利要求10所述的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其特征在于，所述根据所述GNSS模块的位置和速度是否有效以及所述误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于陀螺刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数，进一步包括：
如果所述GNSS模块的位置和速度无效，则对应于陀螺刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为0；
如果所述GNSS模块的位置和/或速度有效且对应于除陀螺三轴零偏误差项以外的任一误差项的状态量未收敛，则对应于陀螺刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为1；
如果所述GNSS模块的位置和/或速度有效且对应于除陀螺三轴零偏误差项以外的任一误差项的状态量收敛，则对应于陀螺刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为c，其中c为常数且0＜c＜1。
12.如权利要求7-11中任意一项所述的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其特征在于，所述根据MEMS模块的输出量得到MEMS模块的位置和速度，进一步包括：
根据预先设置的安装转化矩阵，将所述EMES模块的输出量由EMES模块坐标系转换到所述车体坐标系；
根据车体坐标系下的输出量得到EMS模块的位置和速度。
13.一种基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其中，所述GNSS/MEMS组合车载导航系统包括GNSS模块和MEMS模块，其特征在于，所述误差标定方法包括：
建立所述MEMS模块在车体坐标系下的误差模型，其中，所述误差模型包括加速度计的误差模型，所述加速度计的误差模型的误差项至少包括加速度计三轴零偏误差项、加速度计刻度因子误差项，其中，所述加速度计刻度因子误差项仅包括“前”向刻度因子误差项，其中，对于以车辆为载体的运动，以“右前上”定义车体坐标系；
根据所述误差模型构建所述GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差状态方程，所述误差状态方程包括对应于误差模型中各个误差项的状态量；
根据GNSS模块的观测量得到GNSS模块的位置和速度；
根据MEMS模块的输出量得到MEMS模块的位置和速度；
根据所述GNSS模块的位置和速度、所述MEMS模块的位置和速度以及所述GNSS模块和所述MEMS模块的杆臂构建所述MEMS模块的误差量测方程；
根据卡尔曼滤波对所述误差状态方程和所述误差量测方程进行解算，得到所述误差项的标定数据。
14.如权利要求13所述的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其特征在于，所述误差状态方程还包括对应于杆臂误差项的状态量，所述对应于杆臂误差项的状态量仅包括对应于“右”向杆臂误差项的状态量和对应于“前”向杆臂误差项的状态量。
15.如权利要求14所述的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其特征在于，所述根据GNSS模块的位置和速度、所述MEMS模块的位置和速度以及所述GNSS模块和所述MEMS模块的杆臂构建所述MEMS模块的误差量测方程，进一步包括：
根据所述杆臂对所述GNSS模块的位置和速度进行杆臂补偿；
根据所述GNSS模块杆臂补偿后的位置、所述MEMS模块的位置，建立位置误差量测方程；
根据所述GNSS模块杆臂补偿后的速度、所述MEMS模块的速度，建立速度误差量测方程。
16.如权利要求14所述的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其特征在于，所述根据卡尔曼滤波对所述误差状态方程和所述误差量测方程进行解算时，还包括：
对误差状态方程中的状态量闭环校正，其中，在校正前，根据所述GNSS模块的位置和速度是否有效以及所述误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数。
17.如权利要求16所述的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其特征在于，所述根据所述GNSS模块的位置和速度是否有效以及所述误差状态方程中的状态量是否收敛确定对应于加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数，进一步包括：
如果所述GNSS模块的位置和速度无效，则对应于加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为0；
如果所述GNSS模块的位置和/或速度有效且对应于除加速度计三轴零偏误差以外的任一误差项的状态量未收敛，则对应于加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为1；
如果所述GNSS模块的位置和/或速度有效且对应于除加速度计三轴零偏误差以外的任一误差项的状态量收敛，则对应于加速度计刻度因子误差项和杆臂误差项的状态量的反馈系数为c，其中c为常数且0＜c＜1。
18.如权利要求13-17中任意一项所述的基于GNSS/MEMS组合车载导航系统的误差标定方法，其特征在于，所述根据MEMS模块的输出量得到MEMS模块的位置和速度，进一步包括：
根据预先设置的安装转化矩阵，将所述EMES模块的输出量由EMES模块坐标系转换到所述车体坐标系；
根据车体坐标系下的输出量得到EMS模块的位置和速度。
19.一种GNSS/MEMS组合车载导航系统，其特征在于，包括设置在车体内的GNSS模块、MEMS模块和误差标定模块，所述误差标定模块用于根据如权利要求1-18中任意一项所述的误差标定方法进行误差标定。
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