國產(chǎn)化衛星/MEMS組合導航模塊的設計實(shí)現

　　姿態(tài)誤差方程為： 
　　速度誤差方程為： 
　　位置誤差方程為：  

　　其中，為姿態(tài)誤差， 為速度誤差， 為位置誤差。為輸出角速度誤差矢量， 為所測得的比力誤差矢量。 

　　卡爾曼濾波器系統狀態(tài)向量由15項構成，其中， 為姿態(tài)誤差角;分別為載體的東向、北向和天向速度誤差;分別為緯度誤差、經(jīng)度誤差和高度誤差;分別為陀螺隨機常值漂移和加速度計隨機常值零偏。具體卡爾曼濾波算法功能通過(guò)軟件代碼實(shí)現。

　　通過(guò)軟件實(shí)現所設計的捷聯(lián)算法與組合濾波算法。重點(diǎn)研究了采用EKF組合算法之后的系統誤差狀態(tài)向量的估計情況。并通過(guò)matlab軟件對衛星/MEMS組合中的各種誤差向量估計做仿真觀(guān)測。并在實(shí)際路測環(huán)境下，獲得導航全參數。如圖6所示為路測試驗專(zhuān)用車(chē)。

　　如圖7所示，紅色為衛星導航，藍色為組合導航，當試驗車(chē)路過(guò)城市峽谷時(shí)，由于遮擋和多路徑效應等，衛星導航出現較大偏差，而組合導航表現良好。

　　如圖8所示，當路測試驗車(chē)進(jìn)入地下車(chē)庫時(shí)，衛星導航立刻中斷，而組合導航依然能夠維持導航能力?！　?/p>

 

　　當衛星導航信號中斷，組合導航模塊的定位、定速性能將逐漸惡化，而姿態(tài)角受影響較小。表1給出了組合濾波算法在不同的衛星導航中斷間隔內的實(shí)測結果。在靜態(tài)情況下，姿態(tài)角誤差小于0.2°，航向角誤差小于0.5°。在動(dòng)態(tài)情況下，姿態(tài)角與航向角誤差小于1°，如果衛星導航信號突然中斷，將能持續30秒，定位精度維持在20米內?！　?/p>

 

　　硬件平臺

　　本文以GPS/BD多模導航接收機、MEMS-IMU、磁強計構成的超低成本微小型組合導航模塊為研究對象，結合實(shí)際需求，設計組合導航架構;通過(guò)比較傳統SINS與現代MEMS-SINS，提出實(shí)用的MEMS-SINS的初始化方案和捷聯(lián)解算算法;基于MEMS-IMU，給出衛星/MEMS組合導航模塊工程化的濾波算法，實(shí)現非線(xiàn)性連續系統的線(xiàn)性離散化。仿真與實(shí)測試驗結果表明：在MEMS-IMU精度較低的情況下，通過(guò)相關(guān)算法的合理設計，仍可以實(shí)現較高精度導航。圖9展示了自主設計的衛星/MEMS組合導航模塊和集成開(kāi)發(fā)軟件平臺。

　　參考文獻

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