ES2826887T3 - Método de determinación de la actitud de vehículos con GNSS-INS basándose en una única antena - Google Patents

Método de determinación de la actitud de vehículos con GNSS-INS basándose en una única antena Download PDF

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Abstract

Un método de determinar la actitud del vehículo, mediante una combinación de un Sistema Global De Navegación Por Satélite, GNSS y un sistema de navegación inercial, INS, que comprende: obtener una posición y una velocidad del vehículo mediante una antena del GNSS, obtener una velocidad angular de rumbo del vehículo por medio de una unidad de medición inercial, IMU, de un sensor de micro sistema electromecánico, MEMS; calcular un ángulo de actitud del vehículo mediante una combinación de acelerómetro y giroscopio; calcular un ángulo de rumbo del vehículo basándose en la posición, la velocidad y la velocidad angular de rumbo del vehículo; caracterizado por que, el método comprende además montar la antena del GNSS en un centroide y en el centro de un vehículo, y montar la unidad de medición IMU del sensor MEMS en un eje de dirección del vehículo; la etapa de calcular el ángulo de actitud del vehículo mediante la combinación del acelerómetro y el giroscopio comprende: cuando el vehículo está parado o en un movimiento uniforme, una aceleración del vehículo es cero, obtener el ángulo de balanceo y el ángulo de cabeceo del vehículo basándose en el acelerómetro, de acuerdo con las siguientes ecuaciones: **(Ver fórmula)** en la que aX ay son las aceleraciones del eje X y del eje Y de un sistema de coordenadas del portador; θ es el ángulo de cabeceo; δ es el ángulo de balanceo; cuando el vehículo funciona con rapidez o vibra gravemente, calcular el ángulo de actitud mediante la combinación del acelerómetro y del giroscopio, mediante las siguientes etapas: utilizar un ángulo de inclinación real φ del sistema como vector de estado, estimar una desviación constante b del giroscopio por el acelerómetro, y utilizar la desviación b como otro vector de estado para obtener una ecuación de estado y una ecuación de observación: **(Ver fórmula)** en las que ωgiros es una velocidad angular producida por el giroscopio, en la que la velocidad angular incluye una desviación fija, φacel que es un valor de ángulo procesado por el acelerómetro, Wg es un ruido de un valor medido del giroscopio, wa es un ruido de un valor medido del acelerómetro, b es un error de deriva del giroscopio, Wg y wa son independientes entre sí y se supone que ambos son ruidos blancos que satisfacen una distribución normal; establecer una matriz de covarianza Q de un ruido de proceso del sistema del filtro de Kalman y una matriz de covarianza R de un error de medición, de acuerdo con las siguientes fórmulas: **(Ver fórmula)** en las que q_ acel y q_ giros son las covarianzas respectivas del acelerómetro y del giroscopio; r_ acel es un ruido de un valor medido del acelerómetro.

Description

DESCRIPCIÓN
Método de determinación de la actitud de vehículos con GNSS-INS basándose en una única antena
Campo técnico
La presente invención se refiere a un campo de automatización de vehículos agrícolas, particularmente relacionado con un método para determinar la actitud de vehículos con GNSS-INS basándose en una única antena.
Antecedentes
Con el desarrollo de la tecnología moderna y los avances en biotecnología, tecnología GNSS y tecnología de la información vemos una amplia aplicación de la tecnología moderna en la agricultura, conduciendo al surgimiento de la agricultura de precisión. Como un portador central de la agricultura de precisión, el sistema de conducción automática de maquinaria agrícola es importante para diversas tareas agrícolas, incluida la agricultura, siembra, fertilización, irrigación, protección de la vegetación, cosecha, etc.
Para mejorar la precisión del sistema de conducción automática de vehículos agrícolas, es necesario medir la precisión de navegación de las coordenadas de los vehículos agrícolas, el ángulo de rumbo y el ángulo de actitud, por lo tanto, los valores de medición deben ser lo más precisos posible. En particular, cuando los vehículos agrícolas equipados con receptores del GNSS se mueven por el campo, la antena receptora del GNSS está inclinada debido a las vibraciones de la carrocería del vehículo como resultado de una fuerza desigual ejercida sobre los neumáticos desde el suelo. Como resultado, la antena del GNSS no coincide con el centroide de la carrocería del vehículo, por lo que son necesarios ángulos de actitud y de rumbo precisos de la carrocería del vehículo.
En la actualidad, a menudo se utiliza el método de medir las actitudes GNSS con múltiples antenas. Sin embargo, este método tiene las desventajas de un alto coste, retraso de la recepción de la antena, rendimiento deficiente en tiempo real y dificultad en la instalación. En cuanto a la navegación inercial INS que se utiliza en el sistema de navegación terrestre para determinar la actitud, debido al alto coste, etc., no es aplicable para la determinación de la actitud del vehículo agrícola.
El documento denominado "Determinación de la actitud mediante la integración de sensores inerciales MEMS y GPS para aplicaciones agrícolas autónomas" de Yong Li et al. publicado en GPS SOLUTIONS, SPRINGER, BERLIN, DE, vol. 16, n.° 1, 4 de febrero de 2011 (2011-02-04), páginas 41-52, XP-19999602, ISSN: 1521-1886, DOI: 10.1007/S10291-011-0207-Y, divulga uno de los métodos de determinación la actitud en el estado de la técnica. Sumario de la invención
En vista de las deficiencias antes mencionadas en el campo de la automatización de vehículos agrícolas, la presente invención proporciona un método de determinación de la actitud de vehículos con GNSS-INS basándose en una única antena, que puede realizar la determinación de la actitud del vehículo a través de una única antena y mejorar la precisión de la determinación de la actitud.
Con el fin de lograr el objetivo anterior, se proporciona un método como se establece en la reivindicación independiente. Las realizaciones de la invención se reivindican en las reivindicaciones dependientes.
Se proporcionan las ventajas de implementar la presente invención: Un método de determinación de la actitud de vehículos con GNSS-INS basándose en una única antena de la presente invención, que incluye las siguientes etapas: montar la antena del GNSS en el centroide y en el centro del vehículo, y montar la unidad de medición IMU del sensor MEMS en el eje de dirección del vehículo; obtener la información de posición y velocidad del vehículo por medio de la antena del GNSS, obtener la información de velocidad angular de rumbo del vehículo por medio de la unidad de medición IMU; calcular el ángulo de actitud del vehículo mediante una combinación de un acelerómetro y un giroscopio; calcular el ángulo de rumbo del vehículo de acuerdo con la posición, velocidad y velocidad angular de rumbo del vehículo. Por medio de una combinación de la única antena del GNSS y un sensor IMU/MEMS de bajo coste, la actitud y la posición se pueden determinar basándose en el modelo cinemático del vehículo agrícola. El método combina las ventajas de la alta precisión a corto plazo del giroscopio IMU y la alta estabilidad a largo plazo de la única antena del GNSS, para evitar el fenómeno de divergencia que se produce al utilizar el giroscopio y reducir el nivel de ruido de la determinación de la actitud del GNSS. Por tanto, la precisión de la determinación de la actitud se puede aumentar varias veces.
Descripción detallada de las realizaciones
Las soluciones técnicas en las realizaciones de la presente invención se describirán clara y completamente con referencia a los dibujos adjuntos en las realizaciones de la presente invención. Evidentemente, las realizaciones descritas son simplemente ciertas realizaciones de la invención y no pretenden ser exhaustivas. Basándose en las realizaciones de la presente invención, otras realizaciones obtenidas por el experto en la materia sin trabajo creativo caen todas dentro del alcance de la presente invención.
Realización 1
Un método de determinación de la actitud de vehículos con GNSS-INS basándose en una única antena, en el que el método de determinación de la actitud de vehículos con GNSS-INS basándose en una única antena incluye las siguientes etapas:
Etapa S1: montar la antena del GNSS en el centroide y en el centro del vehículo, y montar la unidad de medición IMU del sensor MEMS en el eje de dirección del vehículo.
En la etapa S1, la implementación específica de montar la antena del GNSS en el centroide y en el centro del vehículo, y montar la unidad de medición IMU del sensor MEMS en el eje de dirección del vehículo es la siguiente: La antena del GNSS se monta en el centroide y en el centro del vehículo para medir con precisión la posición y la velocidad del vehículo portador. Cuando la unidad de medición IMU del sensor MEMS está fijada en el vehículo portador, las coordenadas de tres ejes de la unidad de medición IMU son consistentes con las coordenadas de tres ejes del vehículo. Al mismo tiempo, la unidad de medición IMU debe dirigirse en tiempo real cuando se dirige la rueda del vehículo. Es decir, la unidad de medición IMU está montada en el eje del vehículo, para hacer que la unidad de medición IMU sea exactamente sensible a la velocidad angular del rumbo del vehículo, de modo que la información de rumbo sensible de la IMU sea coherente con la información de rumbo medida de la GNSS.
Etapa S2: obtener la información de posición y velocidad del vehículo por medio de una antena del GNSS, y obtener la información de velocidad angular de rumbo del vehículo por medio de la unidad de medición IMU.
En la etapa S2, la información de posición y velocidad del vehículo se obtienen por medio de la antena del GNSS, y la información de velocidad angular de rumbo del vehículo se obtiene por medio de la unidad de medición IMU. El sensor MEMS-IMU integrado de seis ejes 3+3 se utiliza para obtener la información de velocidad angular de rumbo del vehículo con precisión.
Etapa S3: calcular el ángulo de actitud del vehículo mediante una combinación de acelerómetro y giroscopio.
En la etapa S3, se calcula el ángulo de actitud del vehículo mediante una combinación del acelerómetro y el giroscopio e incluye específicamente las siguientes etapas:
Puesto que la precisión de medición del giroscopio del MEMS-IMU no es sensible a la velocidad angular de rotación de la Tierra, entonces el sistema MEMS no se puede alinear completamente. Cuando el vehículo está parado o en un movimiento uniforme, la aceleración del vehículo es cero, y el ángulo de balanceo y el ángulo de cabeceo del vehículo se obtienen con precisión de acuerdo con el principio del acelerómetro:
0 = sen_1(ax)
$ = sen-1 eos 9
En las fórmulas, aX ay se conocen como las aceleraciones del eje x y el eje y del sistema de coordenadas del portador; 0 se denomina ángulo de cabeceo; y 9 se denomina ángulo de balanceo.
Cuando el vehículo funciona con rapidez o vibra gravemente, debido a las influencias de las aceleraciones de otras direcciones, el ángulo de actitud no se puede calcular usando las fórmulas anteriores. Se introduce así el giroscopio para realizar cálculos mediante una combinación de acelerómetro y giroscopio, y las etapas específicas son las siguientes:
Crear un filtro de combinación del ángulo de balanceo y el ángulo de cabeceo primero, el filtro de combinación es específicamente el siguiente:
Figure imgf000003_0001
En la que los parámetros a estimar son los siguientes:
x(t) = [9 9 WX My Wz]T .
El vector de observación es el siguiente:
Figure imgf000003_0002
En el que bFx, y y b u>¡bx, y, z son las respectivas salidas del acelerómetro y del giroscopio.
La matriz de transición de estado es la siguiente:
Figure imgf000004_0001
La matriz de diseño de observación es la siguiente:
f(x(t)) = [sen 9 cos y <¿x <¿y Wz]T.
Calcular y obtener el ángulo de balanceo y el ángulo de cabeceo del vehículo basándose en los parámetros anteriores. Etapa S4: calcular el ángulo de rumbo del vehículo basándose en la posición, la velocidad y la velocidad angular de rumbo del vehículo.
En la etapa S4, el ángulo de rumbo del vehículo se calcula basándose en la posición, la velocidad y la velocidad angular de rumbo del vehículo, e incluye específicamente:
La determinación de la actitud del vehículo se obtiene calculando la velocidad del GNSS por la única antena utilizando principalmente la velocidad GNSS, y el ángulo de rumbo del vehículo se obtiene calculando la velocidad hacia el este y la velocidad hacia el norte, específicamente:
yp = arctan (ve/ vn) .
En la fórmula, yp se conoce como el ángulo de rumbo de la GNSS, ve, vn son respectivamente la velocidad hacia el este y la velocidad hacia el norte.
En aplicaciones prácticas, el ángulo de rumbo del GNSS se puede extraer directamente de la salida de sentencias NMEA del receptor del GNSS. Sin embargo, cuando el vehículo está parado o se mueve a muy baja velocidad, los valores numéricos son matemáticamente inestables y los errores de medición de la velocidad pueden superar los valores reales de velocidad.
Para mejorar la precisión del rumbo, se presenta la combinación del giroscopio del eje Z y el GNSS. El giroscopio se monta a lo largo del eje Z del sistema de coordenadas del portador. La ecuación del sistema y la ecuación de observación son las siguientes:
Figure imgf000004_0002
■ Vvel
GNSS [1 0] Vv
.9desviación.
En las fórmulas, yGNss se conoce como salida de ángulo de rumbo por el GNSS, br se conoce como el error de deriva del giroscopio, whd se conoce como el ruido del proceso de rumbo, Tb se conoce como el tiempo de correlación de Markov de primer orden.
Las fórmulas después de la linealización se muestran a continuación:
y 1 -T s
br. k í 0 1 H Ü r a [■-".] k
Figure imgf000004_0003
Cuando el vehículo está en movimiento, Hguiñada = [10], de lo contrario Hguiñada = [00].
Finalmente, la determinación de la actitud del vehículo GNSS-INS basándose en única antena se realiza calculando el ángulo de actitud del vehículo y el ángulo de rumbo.
Un método de determinación de la actitud de vehículos con GNSS-INS basándose en una única antena de la presente invención, incluye las siguientes etapas: montar la antena del GNSS en el centroide y en el centro del vehículo, y montar la unidad de medición IMU del sensor MEMS en el eje de dirección del vehículo; obtener la información de posición y velocidad del vehículo por medio de la antena del GNSS, y obtener la información de velocidad angular de rumbo del vehículo por medio de la unidad de medición IMU; calcular el ángulo de actitud del vehículo mediante una combinación de acelerómetro y giroscopio; calcular el ángulo de rumbo del vehículo basándose en la posición, velocidad y velocidad angular de rumbo del vehículo. Mediante una combinación de la única antena del GNSS y el sensor IMU/MEMS de bajo coste, la actitud y la dirección se determinan basándose en el modelo cinemático del vehículo agrícola. El método combina las ventajas de la alta precisión a corto plazo del giroscopio IMU y la alta estabilidad a largo plazo de la única antena del GNSS, para evitar el fenómeno de divergencia que se produce al utilizar el giroscopio y reducir el nivel de ruido de la determinación de actitud del GNSS. Por tanto, la precisión de la determinación de la actitud se puede aumentar varias veces. Se utiliza un sensor IMU en el método de determinación de la actitud descrito en la presente realización, el error del ángulo de rumbo es inferior a 0,2° y el error del ángulo de cabeceo y el error del ángulo de balanceo son inferiores a 0,08°. En aplicación práctica, se utiliza un sensor IMU integrado de seis ejes 3+3. El sensor IMU integrado de seis ejes 3+3 tiene un tamaño pequeño y un peso ligero, es rentable y está diseñado de forma modular, por lo que se puede integrar fácilmente en el sistema de control de conducción auxiliar de maquinaria agrícola.
En aplicaciones prácticas, también se puede usar un sensor de inclinación para reemplazar el sensor IMU para lograr la solución de determinación de la actitud.
Realización 2
Un método de determinación de la actitud de vehículos con GNSS-INS basándose en una única antena, en el que el método de determinación de la actitud de vehículos con GNSS-INS basándose en una única antena incluye las siguientes etapas:
Etapa S1: montar la antena del GNSS en el centroide y en el centro del vehículo, y montar la unidad de medición IMU del sensor MEMS en el eje de dirección del vehículo.
En la etapa S1, la implementación específica de montar la antena del GNSS en el centroide y en el centro del vehículo, y montar la unidad de medición IMU del sensor MEMS en el eje de dirección del vehículo es la siguiente: La antena del GNSS se monta en el centroide y en el centro del vehículo para medir con precisión la posición y la velocidad del vehículo portador. Cuando la unidad de medición IMU del sensor MEMS está fijada en el vehículo portador, las coordenadas de tres ejes de la unidad de medición IMU son consistentes con las coordenadas de tres ejes del vehículo. Al mismo tiempo, la unidad de medición IMU debe dirigirse en tiempo real cuando se dirige la rueda del vehículo. Es decir, la unidad de medición IMU está montada en el eje del vehículo, para hacer que la unidad de medición IMU sea exactamente sensible a la velocidad angular del rumbo del vehículo, de modo que la información de rumbo sensible de la IMU sea coherente con la información de rumbo medida de la GNSS.
Etapa S2: obtener la información de posición y velocidad del vehículo por medio de una antena del GNSS, y obtener la información de velocidad angular de rumbo del vehículo por medio de la unidad de medición IMU.
En la etapa S2, la información de posición y velocidad del vehículo se obtienen por medio de la antena del GNSS, y la información de velocidad angular de rumbo del vehículo se obtiene por medio de la unidad de medición IMU. El sensor MEMS-IMU integrado de seis ejes 3+3 se utiliza para obtener la información de velocidad angular de rumbo del vehículo con precisión.
Etapa S3: calcular el ángulo de actitud del vehículo mediante una combinación de acelerómetro y giroscopio.
En la etapa S3, se calcula el ángulo de actitud del vehículo mediante una combinación del acelerómetro y el giroscopio e incluye específicamente las siguientes etapas:
Puesto que la precisión de medición del giroscopio del MEMS-IMU no es sensible a la velocidad angular de rotación de la Tierra, entonces el sistema MEMS no se puede alinear completamente. Cuando el vehículo está parado o en un movimiento uniforme, la aceleración del vehículo es cero, y el ángulo de balanceo y el ángulo de cabeceo del vehículo se obtienen con precisión de acuerdo con el principio del acelerómetro:
0 = sen_1(ax)
0 ^ = sen-1 V e os9 J
En las fórmulas, aX ay se conocen como las aceleraciones del eje x y el eje y del sistema de coordenadas del portador; 0 se denomina ángulo de cabeceo; y 9 se denomina ángulo de balanceo.
Cuando el vehículo funciona con rapidez o vibra gravemente, debido a las influencias de las aceleraciones de otras direcciones, el ángulo de actitud no se puede calcular usando las fórmulas anteriores. Se introduce así el giroscopio para realizar cálculos mediante una combinación de acelerómetro y giroscopio, y las etapas específicas son las siguientes:
Puesto que el ángulo de inclinación (el ángulo de balanceo o el ángulo de cabeceo) y la velocidad angular de inclinación tienen una relación derivada, el ángulo de inclinación real 9 del sistema se puede utilizar como vector de estado. El acelerómetro estima la desviación constante b del giroscopio, y la desviación b se utiliza como otro vector de estado para obtener la ecuación de estado y la ecuación de observación correspondientes:
Figure imgf000006_0001
Vacel = [1 0] [V] Wa
En las fórmulas, Agiros se conoce como la salida de velocidad angular del giroscopio, en la que la velocidad angular incluye una desviación fija, yacei se conoce como el valor de ángulo procesado por el acelerómetro, Wg se conoce como el ruido de la medición del giroscopio, Wa se conoce como el ruido de la medición del acelerómetro, b se conoce como el error de deriva del giroscopio, Wg y Wa son independientes entre sí y se supone que ambos son ruido blanco que satisfacen la distribución normal. Al mismo tiempo, se establecen la matriz de covarianza Q del ruido de proceso del sistema del filtro de Kalman y la matriz de covarianza R del error de medición, y las fórmulas son las siguientes:
q_acel 0
Q 0 q_giros R = [r_acel]
En las fórmulas, q_acel y q_giros son la covarianza respectiva del acelerómetro y del giroscopio; r - acel es el ruido de la medición del acelerómetro.
Calcular y obtener el ángulo de balanceo y el ángulo de cabeceo del vehículo basándose en los parámetros anteriores. Etapa S4: calcular el ángulo de rumbo del vehículo basándose en la posición, la velocidad y la velocidad angular de rumbo del vehículo.
En la etapa S4, el ángulo de rumbo del vehículo se calcula basándose en la posición, la velocidad y la velocidad angular de rumbo del vehículo, e incluye específicamente:
La determinación de la actitud del vehículo se obtiene calculando la velocidad del GNSS por la única antena utilizando principalmente la velocidad GNSS, y el ángulo de rumbo del vehículo se obtiene calculando la velocidad hacia el este y la velocidad hacia el norte, específicamente:
yp = arctan (ve/ vn) .
En la fórmula, yp se conoce como el ángulo de rumbo de la GNSS, ve, vn son respectivamente la velocidad hacia el este y la velocidad hacia el norte.
En aplicaciones prácticas, el ángulo de rumbo del GNSS se puede extraer directamente de la salida de sentencias NMEA del receptor del GNSS. Sin embargo, cuando el vehículo está parado o se mueve a muy baja velocidad, los valores numéricos son matemáticamente inestables y los errores de medición de la velocidad pueden superar los valores reales de velocidad.
Para mejorar la precisión del rumbo, se presenta la combinación del giroscopio del eje Z y el GNSS. El giroscopio se monta a lo largo del eje Z del sistema de coordenadas del portador. La ecuación del sistema y la ecuación de observación son las siguientes:
Figure imgf000006_0002
GNSS [1 0] ' V v e l + Vv
.9desviación.
En las fórmulas, yGNss se conoce como salida de ángulo de rumbo por el GNSS, br se conoce como el error de deriva del giroscopio, Whd se conoce como el ruido del proceso de rumbo, Tb se conoce como el tiempo de correlación de Markov de primer orden.
Las fórmulas después de la linealización se muestran a continuación:
Figure imgf000006_0003
Cuando el vehículo está en movimiento, Hguiñada = [10], de lo contrario Hguiñada = [00].
Finalmente, la determinación de la actitud del vehículo GNSS-INS basándose en única antena se realiza calculando el ángulo de actitud del vehículo y el ángulo de rumbo.
Un método de determinación de la actitud de vehículos con GNSS-INS basándose en una única antena de la presente invención, incluye las siguientes etapas: montar la antena del GNSS en el centroide y en el centro del vehículo, y montar la unidad de medición IMU del sensor MEMS en el eje de dirección del vehículo; obtener la información de posición y velocidad del vehículo por medio de la antena del GNSS, y obtener la información de velocidad angular de rumbo del vehículo por medio de la unidad de medición IMU; calcular el ángulo de actitud del vehículo mediante una combinación de acelerómetro y giroscopio; calcular el ángulo de rumbo del vehículo basándose en la posición, velocidad y velocidad angular de rumbo del vehículo. Mediante una combinación de la única antena del GNSS y el sensor IMU/MEMS de bajo coste, la actitud y la dirección se determinan basándose en el modelo cinemático del vehículo agrícola. El método combina las ventajas de la alta precisión a corto plazo del giroscopio IMU y la alta estabilidad a largo plazo de la única antena del GNSS, para evitar el fenómeno de divergencia que se produce al utilizar el giroscopio y reducir el nivel de ruido de la determinación de la actitud del GNSS. Por tanto, la precisión de la determinación de la actitud se puede aumentar varias veces. Se utiliza un sensor IMU en el método de determinación de la actitud descrito en la presente realización, el error del ángulo de rumbo es inferior a 0,2° y el error del ángulo de cabeceo y el error del ángulo de balanceo son inferiores a 0,08°. En aplicaciones prácticas, se utiliza un sensor IMU integrado de seis ejes 3+3. El sensor IMU integrado de seis ejes 3+3 tiene un tamaño pequeño y un peso ligero, es rentable y está diseñado de forma modular, por lo que se puede integrar fácilmente en el sistema de control de conducción auxiliar de maquinaria agrícola.
En aplicaciones prácticas, también se puede usar un sensor de inclinación para reemplazar el sensor IMU para lograr la solución de determinación de la actitud.
Se proporcionan las ventajas de implementar la presente invención: Un método de determinación de la actitud de vehículos con GNSS-INS basándose en una única antena de la presente invención, incluye las siguientes etapas: montar la antena del GNSS en el centroide y en el centro del vehículo, y montar la unidad de medición IMU del sensor MEMS en el eje de dirección del vehículo; obtener la información de posición y velocidad del vehículo por medio de la antena del GNSS, y obtener la información de velocidad angular de rumbo del vehículo por medio de la unidad de medición IMU; calcular el ángulo de actitud del vehículo mediante una combinación de acelerómetro y giroscopio; calcular el ángulo de rumbo del vehículo basándose en la posición, velocidad y velocidad angular de rumbo del vehículo. Mediante una combinación de la única antena del GNSS y el sensor IMU/MEMS de bajo coste, la actitud y la dirección se determinan basándose en el modelo cinemático del vehículo agrícola. El método combina las ventajas de la alta precisión a corto plazo del giroscopio IMU y la alta estabilidad a largo plazo de la única antena del GNSs , para evitar el fenómeno de divergencia que se produce al utilizar el giroscopio y reducir el nivel de ruido de la determinación de actitud del GNSS. Por tanto, la precisión de la determinación de la actitud se puede aumentar varias veces. Se utiliza un sensor IMU en el método de determinación de la actitud descrito en la presente realización, el error del ángulo de rumbo es inferior a 0,2° y el error del ángulo de cabeceo y el error del ángulo de balanceo son inferiores a 0,08°. En aplicaciones prácticas, se utiliza un sensor IMU integrado de seis ejes 3+3. El sensor IMU integrado de seis ejes 3+3 tiene un tamaño pequeño y un peso ligero, es rentable y está diseñado de forma modular, por lo que se puede integrar fácilmente en el sistema de control de conducción auxiliar de maquinaria agrícola.
La descripción anterior solo está relacionada con las realizaciones específicas de la presente invención, pero no pretende limitar el alcance de la presente invención. Varias modificaciones o reemplazos dentro del alcance de la presente invención, que pueden concebirse fácilmente por un experto en la materia, deben caer dentro del alcance de la presente invención. Por lo tanto, el alcance de la presente invención debería estar determinado por el alcance de las reivindicaciones.

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Un método de determinar la actitud del vehículo, mediante una combinación de un Sistema Global De Navegación Por Satélite, GNSS y un sistema de navegación inercial, INS, que comprende:
obtener una posición y una velocidad del vehículo mediante una antena del GNSS, obtener una velocidad angular de rumbo del vehículo por medio de una unidad de medición inercial, IMU, de un sensor de micro sistema electromecánico, MEMS;
calcular un ángulo de actitud del vehículo mediante una combinación de acelerómetro y giroscopio; calcular un ángulo de rumbo del vehículo basándose en la posición, la velocidad y la velocidad angular de rumbo del vehículo; caracterizado por que, el método comprende además montar la antena del GNSS en un centroide y en el centro de un vehículo, y montar la unidad de medición IMU del sensor MEMS en un eje de dirección del vehículo; la etapa de calcular el ángulo de actitud del vehículo mediante la combinación del acelerómetro y el giroscopio comprende:
cuando el vehículo está parado o en un movimiento uniforme, una aceleración del vehículo es cero, obtener el ángulo de balanceo y el ángulo de cabeceo del vehículo basándose en el acelerómetro, de acuerdo con las siguientes ecuaciones:
8 = sen 1(ax)
0 ^ = sen-1 V e os9 J
en la que ax ay son las aceleraciones del eje X y del eje Y de un sistema de coordenadas del portador; 0 es el ángulo de cabeceo; 9 es el ángulo de balanceo;
cuando el vehículo funciona con rapidez o vibra gravemente, calcular el ángulo de actitud mediante la combinación del acelerómetro y del giroscopio, mediante las siguientes etapas:
utilizar un ángulo de inclinación real 9 del sistema como vector de estado, estimar una desviación constante b del giroscopio por el acelerómetro, y utilizar la desviación b como otro vector de estado para obtener una ecuación de estado y una ecuación de observación:
Figure imgf000008_0001
en las que Agiros es una velocidad angular producida por el giroscopio, en la que la velocidad angular incluye una desviación fija, qiacei que es un valor de ángulo procesado por el acelerómetro, Wg es un ruido de un valor medido del giroscopio, Wa es un ruido de un valor medido del acelerómetro, b es un error de deriva del giroscopio, Wg y Wa son independientes entre sí y se supone que ambos son ruidos blancos que satisfacen una distribución normal;
establecer una matriz de covarianza Q de un ruido de proceso del sistema del filtro de Kalman y una matriz de covarianza R de un error de medición, de acuerdo con las siguientes fórmulas:
q_acel 0
Q R = [r_acel], 0 q_giros
en las que q_ acel y q_ giros son las covarianzas respectivas del acelerómetro y del giroscopio; r_ acel es un ruido de un valor medido del acelerómetro.
2. El método de determinar la actitud del vehículo con GNSS-INS de la reivindicación 1, caracterizado por que, cuando la unidad de medición IMU del sensor MEMS está fijada en el eje de dirección del vehículo, las coordenadas de tres ejes de la unidad de medición IMU son coherentes con las coordenadas de tres ejes del vehículo.
3. El método de determinar la actitud del vehículo con GNSS-INS de la reivindicación 1, caracterizado por que, el sensor MEMS es un sensor MEMS de seis ejes.
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