CN118067153A - 一种组合导航装置测量误差的估计方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种组合导航装置测量误差的估计方法、装置及存储介质，该组合导航装置包括：GNSS模块、传感器模块、处理器模块、测距模块，该方法包括如下步骤：设定测量目标点，以及N个固定点，将组合导航装置设置于每个固定点，瞄准测量目标点；获取每个固定点的位置参数、测量目标点的位置参数，通过二者之间的位置参数计算得到一个预期的距离参数；获取传感器模块解算出的每个固定点到测量目标点的距离参数；根据每个固定点得到的上述两个距离参数，建立N个方程；结合上述N个方程计算得到组合导航装置的预期测量误差。使用本公开的方法得到的误差值受多次采样、计算的影响，更趋近于真实的误差。

Description

一种组合导航装置测量误差的估计方法、装置及存储介质

技术领域

本公开涉及卫星导航技术领域，具体而言，涉及一种组合导航装置测量误差的估计方法。

背景技术

全球导航卫星系统(GNSS，Global Navigation Satellite System，泛指所有的卫星导航系统，如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统等)是利用绕地球轨道运行的卫星来向地球上的接收机提供信号的导航系统，接收机会根据信号计算其位置。虽然现有的接收机能够满足厘米级的定位精度，但是由于依赖卫星提供的信号，GNSS在很多场景下也无法提供准确的位置信息。

组合导航装置融合了惯性导航系统(INS)和全球导航卫星系统(GNSS)，惯性导航系统是以陀螺和加速度计为敏感器件的导航参数解算系统，该系统根据陀螺的输出建立导航坐标系，根据加速度计输出解算出运载体在导航坐标系中的速度和位置。惯性导航系统属于推算导航方式，即从一已知点的位置根据连续测得的运动体航向角和速度推算出其下一点的位置。由于惯性导航信息经过积分而产生，因此定位的误差也随时间而增大。

综上，现有组合导航装置的测量结果存在一定误差，需要一种能够消除或者降低误差的方法。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本公开提出了一种组合导航装置测量误差的估计方法、装置及存储介质，组合导航装置包括：GNSS模块、传感器模块、处理器模块、测距模块，组合导航装置测量误差的估计方法包括如下步骤：

(1)将组合导航装置初始化；

(2)选定测量目标点，以及第一固定点；

(3)将组合导航装置设置于第一固定点，瞄准所述测量目标点，获取GNSS模块、传感器模块、测距模块得到的参数；

(4)获取传感器模块解算得到第一固定点到测量目标点的距离参数R0’；

(5)获取GNSS模块解算得到第一固定点的位置参数；

(6)通过组合导航装置解算出测量目标点的位置参数；

(7)将第一固定点的位置参数与测量目标点的位置参数通过计算得到二者之间的距离参数R0；

(8)根据上述两个距离参数R0、R0’，建立方程；

(9)重复上述步骤，选定第N固定点，多次测量，建立N个方程；

(10)结合上述N个方程，计算得到所述组合导航装置的误差参数。

具体的，GNSS模块解算得到的每个固定点的位置参数包括：固定点在当地地理坐标系东方向的投影固定点在当地地理坐标系北方向的投影

以及固定点在当地地理坐标系天空方向的投影/>

组合导航装置解算出的所述测量目标点的位置参数包括：测量目标点在当地地理坐标系东方向的投影r_E、测量目标点在当地地理坐标系北方向的投影r_N以及测量目标点在当地地理坐标系天空方向的投影r_U。

进一步的，根据固定点的位置参数，以及测量目标点的位置参数，可以将距离参数R0可以表示为：

传感器模块解算出的固定点到测量目标点的距离参数R0’可以表示为：

其中n表示当地地理坐标系，坐标原点位于传感器模块的中心，x轴平行于当地水平面指向地理北向，y轴平行于当地水平面指向地理东向，z轴与x轴、y轴构成右手系指向水平面下方；b表示传感器模块坐标系，坐标原点位于传感器模块的中心，x轴垂直组合导航装置面板指向内侧，y轴垂直于x轴指向组合导航装置右侧，z轴与x轴、y轴构成右手系；/>表示n系到b系的坐标转换矩阵；/>表示由天线相位中心指向待测点的矢量在b系下的投影，由传感器模块解算得到。

进一步的，根据距离参数R0，及传感器模块解算出的距离参数R0’，建立以下方程：

进一步的，根据方程

在已知坐标点进行线性化得：/>其中：r_E0表示已知目标点在当地地理坐标系东方向的投影，r_N0示已知目标点在当地地理坐标系北方向的投影，r_U0表示已知目标点在当地地理坐标系天空方向的投影，dE表示组合导航装置在当地地理坐标系东方向的误差，dN表示组合导航装置在当地地理坐标系北方向的误差，dU表示组合导航装置在当地地理坐标系天空方向的误差。

进一步的，将N个点为测量结果列立的N个上述方程，结合间接平差原理可整理得到：

其中：V表示残差，B表示设计矩阵，l表示观测矢量；

其中：

式中，即为组合导航装置的误差参数。

在一些实施例中，本公开还包括：一种组合导航装置，用于执行上述测量误差估计方法，该组合导航装置包括GNSS模块、处理器模块、传感器模块、测距模块。

进一步的，传感器模块包括3轴陀螺仪、3轴加速度计。

优选的，传感器模块包括电子罗盘。

优选的，传感器模块包括电子罗盘、3轴陀螺仪、3轴加速度计。

进一步的，处理器模块包括GNSS高精度解算模块、惯导机械编排模块和卡尔曼滤波器。

进一步的，组合导航装置还包括电源模块、存储模块、显示模块、通信模块。

进一步的，测距模块包括激光测距模块、红外测距模块中的至少一种。

在一些实施例中，本公开还包括：一种计算机可读存储介质。

具体的，计算机可读存储介质上储存有计算机程序产品，当执行该计算机程序产品时，实现本公开提供的组合导航装置测量误差的估计方法。

与现有技术相比，本公开提供的组合导航装置的测量误差的估计方法，具有如下有益技术效果：

本公开通过多次测点的方式，将组合导航装置设置在测量目标点周围的多个固定点上，多次对测量目标点的位置进行测量，计算出测量目标点与固定点间的距离，并将每一次测量计算得到的参数输入方程。将得到的若干方程通过算法计算得到最终的误差参数，使得误差参数随着测量次数的增加能够更加逼近于真实的误差。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本公开的实施例中组合导航装置测量误差的估计方法示意流程图；

图2是本公开的实施例中多次对测量目标点进行测量的示意图。

图3是本公开的实施例中组合导航装置的结构示意图。

具体实施方式

现在结合说明书附图来详细描述本公开的实施例及其一般原理。

本公开提出了一种组合导航装置测量误差的降低方法、装置及存储介质，其中，组合导航装置10包括：GNSS模块20、传感器模块30、处理器模块50、测距模块40。

如图3所示，是本公开的实施例中组合导航装置的结构示意图。

在部分实施例中，传感器模块30包括3轴陀螺仪、3轴加速度计、电子罗盘。

在部分实施例中，处理器模块包括GNSS高精度解算模块、惯导机械编排模块和卡尔曼滤波器。组合导航装置还包括电源模块、存储模块、显示模块、通信模块。测距模块包括激光测距模块、红外测距模块中的至少一种。

如图1-2所示，是本公开提出的组合导航装置测量误差的估计方法，包括如下步骤：

S101：将组合导航装置初始化；

S102：选定测量目标点P0、第一固定点D1；

S103：将组合导航装置10设置于第一固定点D1，瞄准测量目标点P0，获取GNSS模块20、传感器模块30、测距模块40的参数；

GNSS模块20解算得到的每个固定点的位置参数包括：第一固定点D1在当地地理坐标系东方向的投影第一固定点D1在当地地理坐标系北方向的投影/>以及第一固定点D1在当地地理坐标系天空方向的投影

组合导航装置解算出的所述测量目标点P0的位置参数包括：测量目标点P0在当地地理坐标系东方向的投影r_E、测量目标点P0在当地地理坐标系北方向的投影r_N以及测量目标点P0在当地地理坐标系天空方向的投影r_U。

S104：获取传感器模块30解算得到第一固定点到测量目标点的距离参数R0’，其中n表示当地地理坐标系，坐标原点位于传感器模块30的中心，x轴平行于当地水平面指向地理北向，y轴平行于当地水平面指向地理东向，z轴与x轴、y轴构成右手系指向水平面下方；b表示传感器模块坐标系，坐标原点位于传感器模块30的中心，x轴垂直组合导航装置10面板指向内侧，y轴垂直于x轴指向组合导航装置10右侧，z轴与x轴、y轴构成右手系；/>表示n系到b系的坐标转换矩阵；/>表示由天线相位中心指向待测点的矢量在b系下的投影，由传感器模块解算得到。

S105：获取GNSS模块20解算得到第一固定点的位置参数；通过组合导航装置10解算出测量目标点的位置参数，将第一固定点的位置参数与测量目标点的位置参数通过计算得到二者之间的距离参数R_0，1，

S106：根据距离参数R0，及传感器模块30解算出的距离参数R0’，建立以下方程：

将上述方程在已知坐标点进行线性化得：

其中：r_E0表示已知目标点在当地地理坐标系东方向的投影，r_N0示已知目标点在当地地理坐标系北方向的投影，r_U0表示已知目标点在当地地理坐标系天空方向的投影，dE1表示组合导航装置10在当地地理坐标系东方向的误差，dN1表示组合导航装置在当地地理坐标系北方向的误差，dU1表示组合导航装置10在当地地理坐标系天空方向的误差。

S107：选定第二固定点D2、第三固定点D3......至第N固定点DN，重复S103-S106的步骤，得到N个方程；

S108：将得到的N个方程，结合间接平差原理可整理得到：

其中：V表示残差，B表示设计矩阵，l表示观测矢量；

其中：

式中，即为组合导航装置的误差参数。

本公开的部分实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序产品，当执行该计算机程序产品时，实现本公开提供的组合导航装置测量误差的估计方法。

至此，是对本公开实施方式的详细阐述。需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本公开技术方案的精神，其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。

Claims (14)

1.一种组合导航装置测量误差的估计方法，所述组合导航装置包括：GNSS模块、传感器模块、处理器模块、测距模块，其特征在于，包括如下步骤：

将所述组合导航装置初始化；

选定测量目标点，以及第一固定点；

将所述组合导航装置设置于所述第一固定点，瞄准所述测量目标点，获取所述GNSS模块、所述传感器模块、所述测距模块得到的参数；

获取根据所述传感器模块参数解算得到所述第一固定点到所述测量目标点的距离参数R0’；

获取根据所述GNSS模块参数解算得到所述第一固定点的位置参数；

通过组合导航装置解算出所述测量目标点的位置参数；

将所述第一固定点的位置参数与所述测量目标点的位置参数通过计算得到二者之间的距离参数R0；

根据上述两个距离参数R0、R0’，建立方程；

重复上述步骤，选定第N固定点，多次测量，建立N个方程；

结合上述N个方程，计算得到所述组合导航装置的误差参数。

2.根据权利要求1所述的一种组合导航装置测量误差的估计方法，其特征在于：所述GNSS模块解算得到的每个固定点的位置参数包括：所述固定点在当地地理坐标系东方向的投影所述固定点在当地地理坐标系北方向的投影/>以及所述固定点在当地地理坐标系天空方向的投影/>

3.根据权利要求2所述的一种组合导航装置测量误差的估计方法，其特征在于：所述组合导航装置解算出的所述测量目标点的位置参数包括：所述测量目标点在当地地理坐标系东方向的投影r_E、所述测量目标点在当地地理坐标系北方向的投影r_N以及所述测量目标点在当地地理坐标系天空方向的投影r_U。

4.根据权利要求3所述的一种组合导航装置测量误差的估计方法，其特征在于：根据所述固定点的位置参数，以及所述测量目标点的位置参数，可以将所述测量目标点与所述固定点之间的距离参数R0表达为：

5.根据权利要求4所述的一种组合导航装置测量误差的估计方法，其特征在于：所述传感器模块解算出的所述固定点到所述测量目标点的距离参数R0’可以表示为：

其中n表示当地地理坐标系，坐标原点位于所述传感器模块的中心，x轴平行于当地水平面指向地理北向，y轴平行于当地水平面指向地理东向，z轴与x轴、y轴构成右手系指向水平面下方；b表示传感器模块坐标系，坐标原点位于所述传感器模块的中心，x轴垂直组合导航装置面板指向内侧，y轴垂直于x轴指向所述组合导航装置右侧，z轴与x轴、y轴构成右手系；/>表示n系到b系的坐标转换矩阵；/>表示由天线相位中心指向待测点的矢量在b系下的投影。

6.根据权利要求5所述的一种组合导航装置测量误差的估计方法，其特征在于：根据所述距离参数R0，及所述惯性导航模块解算出的所述固定点到所述测量目标点的距离参数R0’，建立以下方程：

7.根据权利要求6所述的一种组合导航装置的测量误差的估计方法，其特征在于：根据所述方程在已知坐标点进行线性化得：/>其中：r_E0表示所述已知目标点在当地地理坐标系东方向的投影，r_N0示所述已知目标点在当地地理坐标系北方向的投影，r_U0表示所述已知目标点在当地地理坐标系天空方向的投影，dE表示在当地地理坐标系东方向的误差，dN表示在当地地理坐标系北方向的误差，dU表示在当地地理坐标系天空方向的误差。

8.根据权利要求7所述的一种组合导航装置的测量误差的估计方法，其特征在于：计算所述组合导航装置的预期测量误差的步骤还包括：用N个点的测量结果建立的N个方程，结合间接平差原理可整理得到：

其中：V表示残差，B表示设计矩阵，l表示观测矢量；其中：

式中，即为组合导航装置的误差参数。

9.一种组合导航装置，其特征在于：用于执行如权利要求1-8中任一项所述的测量误差估计方法，所述组合导航装置包括GNSS模块、处理器模块、传感器模块、测距模块。

10.根据权利要求8所述的一种组合导航装置，其特征在于：所述传感器模块包括3轴陀螺仪、3轴加速度计。

11.根据权利要求8所述的一种组合导航装置，其特征在于：所述处理器模块包括GNSS高精度解算模块、惯导机械编排模块和卡尔曼滤波器。

12.根据权利要求8所述的一种组合导航装置，其特征在于：还包括电源模块、存储模块、显示模块、通信模块。

13.根据权利要求8所述的一种组合导航装置，其特征在于：所述测距模块包括激光测距模块、红外测距模块中的至少一种。

14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上储存有计算机程序产品，当执行该计算机程序产品时，实现如权利要求1-8任一项所述的组合导航装置测量误差的估计方法。