专利名称：一种基于gps速度信息的加速度计标定方法
技术领域：
本发明属于 组合导航技术领域，具体涉及ー种基于GPS速度信息的加速度计标定方法，可有效、自适应地实现加速度计刻度因数及零偏误差的标定。
背景技术：
DR測量系统采用陀螺仪与加速度计结合的方式，消除了常规方法利用陀螺仪与里程仪结合的方式所帯来的里程仪测量误差，以及因坡路和轮胎变形导致的里程仪测量值与实际行驶距离不相符的问题。但是，加速度计作为重要的測量元件，测量的准确度直接影响着导航系统的精度。目前国内组合导航技术领域对于加速度计的标定主要局限于基于转台的多位置实验实现标定，该方法对环境稳定性要求较高，而且标定时间长，需要多次反复实验才能获得加速度计的准确标定。针对于低精度惯性系统，国内相关领域专家提出了利用翻滚法对加速度计进行标定，该方法降低了对环境条件的要求，但对于加速度计安装误差等问题无法实现准确标定。在实际的组合导航系统，特别是GPS/DR组合导航系统中，加速度计的标定准确性还受到安装角度误差，环境温度特性以及每次启动的随机误差的影响，因此加速度计刻度因数以及加速度计零偏误差估计在系统运行过程中是不断变化的。单纯利用上述方法对加速度计标定无法满足系统动态特性的要求。因此，加速度计的动态标定问题已成为提高导航系统精度的重要问题。
发明内容
本发明的目的是解决加速度计在系统运行情况下零偏误差存在变化的问题，提出一种基于GPS速度信息的加速度计动态标定的方法。该方法基于载体在高速度、无转弯稳定运动的情况下GPS測量信息精度高，利用实时检测GPS速度測量值，来对加速度计的刻度因数以及零偏误差进行动态标定。本发明的一种基于GPS速度信息的加速度计标定方法，包括以下几个步骤步骤ー GPS采集模块和惯性测量组件分别采集同一运载体的GPS測量系统和DR測量系统的测量数据，包括GPS測量数据和DR測量数据，并进行时间对准；其中，GPS測量数据包括位置、航向和速度，DR測量系统包括加速度计加速度测量值和陀螺角速度。步骤ニ 实时监控GPS測量数据，通过判定准则对GPS測量数据的可用性进行判断，若GPS測量系统出现一段连续且精度可用的速度数据，则存储该区间GPS速度作为可用GPS速度数据，具体包括以下几个步骤；(I)当采集的GPS測量速度值大于等于速度阈值吋，GPS測量数据可用vGPS ^ v_threshold其中，Vgps为GPS测量速度，v_threshold为速度阈值；(2)当连续两时刻GPS测量系统输出的航向差的绝对值小于等于角度差阈值吋，则GPS测量数据可用Λ Ψ I彡Θ —threshold
其中，Θ threshold为角度差阈值，Λ Ψ为连续两时刻GPS测量系统输出的航向差;(3) GPS測量系统的DOP值在小于等于精度因子阈值吋，GPS測量数据可用HDOP ^ D0P_threshold其中，D0P_threshold为精度因子阈值，HDOP为水平位置几何精度因子；(4)利用双差分序列对GPS測量数据可用性进行判断，具体包括以下步骤a.获得DR测量差分序列为
权利要求
1.一种基于GPS速度信息的加速度计标定方法，其特征在于包括以下几个步骤步骤ー GPS采集模块和惯性测量组件分别采集同一运载体的GPS測量系统和DR測量系统的测量数据，包括GPS測量数据和DR測量数据，并进行时间对准；其中，GPS測量数据包括位置、航向和速度，DR測量系统包括加速度计加速度测量值和陀螺角速度； 步骤ニ 实时监控GPS測量数据，通过判定准则对GPS測量数据的可用性进行判断，若GPS測量系统出现一段连续且精度可用的速度数据，则存储该区间GPS速度作为可用GPS速度数据，具体包括以下几个步骤； (1)当采集的GPS測量速度值大于等于速度阈值吋，GPS測量数据可用 vGPS - v_threshold 其中，vGPS为GPS測量速度，v_threshold为速度阈值； (2)当连续两时刻GPS测量系统输出的航向差的绝对值小于等于角度差阈值时，则GPS测量数据可用A W I < 0 —threshold 其中，e_threShold为角度差阈值，AW为连续两时刻GPS测量系统输出的航向差； (3)GPS測量系统的DOP值在小于等于精度因子阈值吋，GPS測量数据可用HDOP ≤D0P_threshold 其中，D0P_threshOld为精度因子阈值，HDOP为水平位置几何精度因子； (4)利用双差分序列对GPS測量数据可用性进行判断，具体包括以下步骤 a.获得DR測量差分序列为 I ADRn (k) = [v(k -1) + a{h) * T] * T * cos(y/(k)) ^ ^ ^ - [ADRe (k) = \v{k -1) + a(k) *T]*T * sm(i//(k)) 其中，k为组合导航系统滤波解算时刻；ADRN(k)为k时刻DR測量系统北向位置差分結果；ADReGO为k时刻DR測量系统东向位置差分结果；v(k-l)为k-1时刻卡尔曼滤波得到的速度值；a(k)为k-1 k时间段内加速度计加速度测量值；T为卡尔曼滤波周期；W (k)为k时刻航向值，由上一时刻的卡尔曼滤波航向值加上k-1 k时间段陀螺仪测量的航向角变化量得到； b.获得GPS測量差分序列为jAGPSn(k) = GPSn(k)-GPSn(k-\)左I AGPSe {k) = GPSe {k) - GPSe {k -1) ~ ’ ’ 其中，k为组合导航系统滤波解算时刻；GPSN(k)、GPSe(k)分别为k时刻GPS输出的北向位置、东向位置；AGPSN(k)和AGPSE(k)分别为k时刻GPS输出的北向位置的差分结果及东向位置的差分結果； c.获得GPS/DR双系统测量互差分序列为\CN{k) = AGPSn(k)-ADRn(k)左エ 2 3…\cE(k) = AGPSe(k)-ADRe(k) ~ ’ ’ 其中，k为组合导航系统滤波解算时刻；CN(k)、CE(k)分别为k时刻北向位置、东向位置的互差分結果；A DRn (k)为k时刻DR測量系统北向位置差分結果；A DRe (k)为k时刻DR测量系统东向位置差分結果；AGPSN(k)和AGPSE(k)分别为k时刻GPS输出的北向位置的差分结果及东向位置的差分结果； d.获得双測量系统单历元互差分结果估计的测量系统GPS的观测噪声为
2.根据权利要求I所述的ー种基于GPS速度信息的加速度计标定方法，其特征在于 步骤ニ(I)的速度阈值v_threshold取值为10 20km/h。
3.根据权利要求I所述的ー种基于GPS速度信息的加速度计标定方法，其特征在于 步骤ニ(2)的角度差阈值e_threShold取值为I 10度。
4.根据权利要求I所述的ー种基于GPS速度信息的加速度计标定方法，其特征在于 步骤ニ(3)的精度因子阈值DOP_threshold取值为2. 0 3. O。
5.根据权利要求I所述的ー种基于GPS速度信息的加速度计标定方法，其特征在于 步骤ニ(4)的观测噪声阈值R_threshold的取值为10 50m2。
6.根据权利要求I所述的ー种基于GPS速度信息的加速度计标定方法，其特征在于 步骤ニ(5)的连续时间阈值t_threshold取值为100 300s。
7.根据权利要求I所述的ー种基于GPS速度信息的加速度计标定方法，其特征在于步骤五的时间间隔T的取值根据运载体所在环境的恶劣程度不同差异较大，一般取值范围为10 60分钟。
全文摘要
本发明公开了一种基于GPS速度信息的加速度计标定方法，属于组合导航技术领域，包括采集GPS测量系统和DR测量系统的测量数据；对GPS测量数据的可用性进行判断；采用最小二乘法对加速度计刻度因数和零偏误差进行估计；将得到的加速度计刻度因数和加速度计零偏误差估计值与预设的加速度计刻度因数和预设的加速度计零偏误差估计值进行比较，判断是否更新；满足时间间隔后返回步骤二进行下一次标定。本发明利用GPS在信号接收良好，速度较高的直线运动段测量值精度高的特性，实现对加速度计的动态标定，能够定期更新加速度计的标定参数，降低因启动不同以及温度变化等造成的零偏变化对系统精度的影响，且实现简单，计算量小，结果可靠。
文档编号G01C25/00GK102662083SQ20121008543
公开日2012年9月12日 申请日期2012年3月28日 优先权日2012年3月28日
发明者周启帆, 张海, 王嫣然, 邢川 申请人:北京航空航天大学