CN114136339B - 一种基于单位置基准点的里程计参数标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于单位置基准点的里程计参数标定方法，其技术特点是：步骤1、按照里程计标定参数建立模型，将里程计信号从里程计坐标系转换到惯性导航设备坐标系；步骤2、根据纯惯性导航解算结果、定位误差推算结果对纯惯性导航解算位置进行修正；步骤3、根据纯惯性导航解算位置修正结果及里程计推位计算结果，计算里程计标定参数。本发明设计合理，其通过纯惯性导航解算与位置修正方法进行高精度的定位精度，具有惯性导航系统短时间高精度定位能力，实现了里程计参数的标定功能，本发明仅需要一个位置基准点就可以完成车载里程计的参数标定，具有精度高、通用性强、便于实现等特点。

Description

一种基于单位置基准点的里程计参数标定方法

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，涉及惯性导航器件测试，尤其是一种基于单位置基准点的里程计参数标定方法。

背景技术

陆用惯性导航系统与历程计组合的方式，可以实现高精度的定位定向功能。在组合过程中需要将里程计的参数转换到导航坐标系，转换过程需要提前对里程计的误差参数进行准确的标定。现有的里程计参数标定手段多采用两个位置基准点，从第一个基准点出发，到第二个基准点结束的方式进行标定，由于标定路径受限制，需要提前布设远距离基准点，停靠基准点要求高，不能实现里程计参数的快速便捷标定功能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、精度高且速度快的基于单位置基准点的里程计参数标定方法。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于单位置基准点的里程计参数标定方法，包括以下步骤：

步骤1、按照里程计标定参数建立模型，将里程计信号从里程计坐标系转换到惯性导航设备坐标系；

步骤2、根据纯惯性导航解算结果、定位误差推算结果对纯惯性导航解算位置进行修正；

步骤3、根据纯惯性导航解算位置修正结果及里程计推位计算结果，计算里程计标定参数。

而且，所述步骤1的具体实现方法为：

首先，在里程计与惯性导航设备进行组合导航时，构建里程计误差模型，该里程计误差模型包括里程计标度因数δk_d、方位安装误差δψ以及俯仰安装角误差δθ；

然后，将里程计信号ΔS从里程计坐标系d系转换到惯性导航设备坐标系b系，则从里程计坐标系转换到的惯性导航设备坐标系的方法如下：

而且，所述步骤2的具体实现方法为：

首先采用对速度误差最小二乘拟合的方式进行拟合，进而积分计算纯惯性导航解算位置误差，通过在直线行驶过程中不定期的停车，记录停车时刻t_k和对应的惯性解算速度v_k，通过最小二乘拟合，拟合计算全程的速度误差公式：

δv_ins＝Ab

其中：

通过

b＝(A^TA)^-1A^Tδv_ins

得到速度误差的拟合公式：

δv_ins＝b₀+b₁t+b₂t²

当行驶导航过程中无法进行停车操作时，上述模型可以退化为线性模型：

其中v_k和t_k为最终结束停车时的导航时间和纯惯性导航速度误差；

通过对速度误差曲线进行积分，得到到达终点位置的定位补偿，对纯惯导解算的位置误差进行修正，实现短时间的高精度纯惯性导航定位精度；

退化模型

最后，得到纯惯性导航解算位置的修改结果为：

而且，所述步骤3的具体实现方法为：

首先按下式计算基于里程计的系统定位：

其中R_M和R_N分别为当地的地球子午圈于卯酉圈半径，另外：

R，P，H分别为惯导设备的横摇、纵摇和方位角；

然后按下式计算里程计标定参数中的标度因数δk_d、方位安装误差δψ以及俯仰安装角误差δθ：

其中S_ins和S_d分别对应，设备从起始点到终点的纯惯性解算修正位置误差后的位移矢量长度和里程计推位计算的位移矢量长度。

本发明的优点和积极效果是：

本发明设计合理，其通过纯惯性导航解算与位置修正方法进行高精度的定位精度，具有惯性导航系统短时间高精度定位能力，实现了里程计参数的标定功能，本发明仅需要一个位置基准点就可以完成车载里程计的参数标定，具有精度高、通用性强、便于实现等特点。

附图说明

图1为本发明的里程计参数标定方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种基于单位置基准点的里程计标定方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、将里程计信号从里程计坐标系转换到惯性导航设备坐标系，进行里程计推位计算。

在本步骤中，如果里程计与惯性导航设备进行组合导航，便需要对里程计的误差模型进行建模。常规的里程计误差模型包括三个参数，分别是里程计标度因数δk_d、方位安装误差δψ以及俯仰安装角误差δθ。

本发明将里程计信号ΔS(位移增量)从里程计坐标系d系(满足右手坐标系定义，车辆前向为y轴正方向，垂直车辆水平面向上指天为z轴正方向，垂直于y轴和z轴构成平面，指向车辆右侧为x正方向)转换到惯性导航设备坐标系b系(满足右手坐标系定义，x_by_bz_b轴的指向与d系x_dy_dz_d轴的指向基本一致)。

从里程计坐标系转换到的惯性导航设备坐标系的方法如下：

步骤2、根据纯惯性导航解算结果、定位误差推算结果对纯惯性导航解算位置进行修正。其具体实现方法如下：

首先，固定点惯性导航系统完成初始对准，并记录初始位置P₀；然后启动车辆开始进行纯惯性导航定位计算，在导航定位解算过程中需要保持车辆为直线单向行驶。

其中P₀包括了当地经度、纬度和高度，表示如下：

在本步骤中，位置修正方法采用对速度误差最小二乘拟合后进行积分的方式进行计算，通过在直线行驶过程中不定期的停车，记录停车时刻t_k和对应的惯性解算速度v_k，通过最小二乘拟合，拟合计算全程的速度误差公式：

δv_ins＝Ab

其中：

通过

b＝(A^TA)^-1A^Tδv_ins

得到速度误差的拟合公式：

δv_ins＝b₀+b₁t+b₂t²

当行驶导航过程中无法进行停车操作时，上述拟合公式可以退化为线性模型：

其中v_k和t_k为最终结束停车时的导航时间和纯惯性导航速度误差。

通过对速度误差曲线进行积分，得到到达终点位置的定位补偿，对纯惯导解算的位置误差进行修正，可以实现短时间的高精度纯惯性导航定位精度。

δP_ins＝∫δv_insdt

纯惯性解算的最终定位结果为：

步骤3、根据纯惯性导航解算位置修正结果及里程计推位计算结果，计算里程计标定参数。

基于里程计的系统定位计算方式如下：

其中R_M和R_N分别为当地的地球子午圈于卯酉圈半径，另外：

R，P，H分别为惯导设备的横摇、纵摇和方位角。

通过以上过程，可以实现里程计标定参数中标度因数δk_d，方位安装误差δψ以及俯仰安装角误差δθ的计算方法如下：

其中S_ins和S_d分别对应，设备从起始点到终点的纯惯性解算修正位置误差后的位移矢量长度和里程计推位计算的位移矢量长度。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (1)

1.一种基于单位置基准点的里程计参数标定方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、按照里程计标定参数建立模型，将里程计信号从里程计坐标系转换到惯性导航设备坐标系；

步骤2、根据纯惯性导航解算结果、定位误差推算结果对纯惯性导航解算位置进行修正；

步骤3、根据纯惯性导航解算位置修正结果及里程计推位计算结果，计算里程计标定参数；

所述步骤1的具体实现方法为：

首先，在里程计与惯性导航设备进行组合导航时，构建里程计误差模型，该里程计误差模型包括里程计标度因数δk_d、方位安装误差δψ以及俯仰安装角误差δθ；

然后，将里程计信号ΔS从里程计坐标系d系转换到惯性导航设备坐标系b系，则从里程计坐标系转换到的惯性导航设备坐标系的方法如下：

所述步骤2的具体实现方法为：

首先采用对速度误差最小二乘拟合的方式进行拟合，进而积分计算纯惯性导航解算位置误差，通过在直线行驶过程中不定期的停车，记录停车时刻t_n和对应的惯性解算速度v_n，其中n＝1,2,3...k，通过最小二乘拟合，拟合计算全程的速度误差公式：

δv_ins＝Ab

其中：

通过

b＝(A^TA)^-1A^Tδv_ins

得到速度误差的拟合公式：

δv_ins＝b₀+b₁t+b₂t²

当行驶导航过程中无法进行停车操作时，上述模型可以退化为线性模型：

其中v_k和t_k为最终结束停车时的纯惯性导航速度误差和导航时间；

对于直线行驶过程中不定期停车的情况，通过对速度误差曲线进行积分，得到到达终点位置的定位补偿，对纯惯导解算的位置误差进行修正，实现短时间的高精度纯惯性导航定位精度；

对于行驶过程中无法停车的情况，采用如下退化模型对纯惯导解算的位置误差进行修正：

最后，得到纯惯性导航解算位置的修改结果为：

所述步骤3的具体实现方法为：

首先按下式计算基于里程计的系统定位：

其中R_M和R_N分别为当地的地球子午圈于卯酉圈半径，另外：

R，P，H分别为惯导设备的横摇、纵摇和方位角；

然后按下式计算里程计标定参数中的标度因数δk_d、方位安装误差δψ以及俯仰安装角误差δθ：

其中S_ins和S_d分别对应，设备从起始点到终点的纯惯性解算修正位置误差后的位移矢量长度和里程计推位计算的位移矢量长度。

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