一种简化惯性导航设备安装要求的方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及车载导航设备，尤其涉及一种简化惯性导航设备安装要求的方法与装 置。
【背景技术】
[0002] 惯性导航技术最早应用于船只、飞机、火箭、导弹、卫星上，其传感器价格昂贵且体 积大。随着微电子机械技术的发展，MEMS惯性传感器的成本和体积都大大降低，使惯性导航 技术在汽车、消费等领域可以广泛应用。传统的惯性导航设备对安装有较高的要求，规定了 设备的"前面"要与载体的前面对齐，设备的"上面"与载体的上面对齐。安装要求提高了安 装的成本，限制了设计的灵活性，并有安装错误、移位等隐患。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种简化惯性导航设备安装要 求的方法。
[0004] 为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
[0005] -种简化惯性导航设备安装要求的方法，包括以下步骤：
[0006] S1:获取载体静止时各个时间序列的比力@;
[0007] S2:根据公式（1)进行计算，得到载体静止时的比力均值和传感器坐标系下的 上向向量up，
[0009] 其中：i表示第i个时间序列，N表示总共经过N个时间序列，| |表示比力均值 spf的模，表示传感器坐标系下的上向向量；
[0010] S3:获取载体行驶过程中的各个时间序列的比力@:和载体行驶的加速度acck， 其中k表示第k个时间序列；
[0011] S4:根据公式(2)进行计算，得到水平加速度_，
[0013] S5:根据公式(3)进行计算，得到比力与加速度的相关系数plg，并计算p|g最大 时所对应传感器坐标系下的前向向量flO.,
[0016] 其中：|fr〇|表示前向向量fro的模，:i表示ak的平均数，lb表示bk的平均数；
[0017] S6:根据传感器坐标系下的上向向量??、前向向量和载体坐标系下的上向单 位向量?和前向单位向量?得到传感器坐标系与载体坐标系的旋转变换Ri;
[0018] S7:根据公式(4)，计算得到载体坐标系下的角速度这C和比力
[0020] 其中，怒8为传感器坐标系下的角速度，为传感器坐标系下的比力，这c为载 体坐标系下的角速度，为载体坐标系下的比力，R|为传感器坐标系至载体坐标系的 旋转变换；
[0021] S8:将S7中得到的载体坐标系下的角速度"gc和比力应用到捷联惯性导航算 法中来计算载体当前的位置信息。
[0022] 优选地，所述惯性导航算法为捷联惯性导航算法。
[0023] 优选地，在S3中，当所述载体的速度加速至10km/h或者所述载体加速至10km/h以 上时，获取载体行驶过程中的比力加速度acck。
[0024] 优选地，所述S6中具体包括有以下子步骤：
[0025] S61:对前向单位向量f、前向向量f 、.上向单位向量S__和上向向量?获进行正交 规范化；
[0026] S62:计算正交规范后的前向单位向量f:和前向向量&的叉积，将该叉积记为前 向叉积；
[0027] S63:计算正交规范后的上向单位向量迁和上向向量?φ的叉积，将该叉积记为上 向叉积；
[0028] S64:将前向叉积和上向叉积变换为矩阵形式，并将变换后的前向叉积和上向叉积 相乘得到旋转变换R|e
[0029] 本发明的另一个目的在于提供一种简化惯性导航设备安装要求的装置。
[0030] 为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
[0031] -种简化惯性导航设备安装要求的装置，包括以下模块：
[0032]第一信息获取模块:获取载体静止时各个时间序列的比力sjpii;
[0033]第一计算处理模块:根据公式（1)进行计算，得到载体静止时的比力均值spf和传 感器坐标系下的上向向量?β，
[0035] 其中：i表示第i个时间序列，Ν表示总共经过Ν个时间序列，|@|表示比力均值 s.p.f__的模，Up.表示传感器坐标系下的上向向量；
[0036] 第二信息获取模块:获取载体行驶过程中的各个时间序列的比力@和载体行 驶的加速度acck，其中k表示第k个时间序列；
[0037 ]第二计算处理模块：根据公式（2 )进行计算，得到水平加速度,
[0038]第三计算处理模块:根据公式(3)进行计算，得到比力与加速度的相关系数Pllip 并计算最大时所对应传感器坐标系下的前向向量???,
[0041]其中：|fr.〇|表示前向向量frG的模，3表示ak的平均数，??表示bk的平均数；
[0042 ]旋转变换模块:根据传感器坐标系下的上向向量Π??、前向向量fjg:和载体坐标系 下的上向单位向量这和前向单位向量^得到传感器坐标系与载体坐标系的旋转变换R|:;:
[0043]第四计算处理模块：根据公式（4)，计算得到载体坐标系下的角速度和比力 spfc,
[0045] 其中，逆为传感器坐标系下的角速度，@fS为传感器坐标系下的比力，；gC为载 体坐标系下的角速度，为载体坐标系下的比力，R|为传感器坐标系至载体坐标系的 旋转变换；
[0046] 信息处理模块:将第四计算处理模块中得到的载体坐标系下的角速度和比力 应用到捷联惯性导航算法中来计算载体当前的位置信息。
[0047] 优选地，在旋转变换模块中具体包括以下子模块：
[0048] 正交规范模块:对前向单位向量f、前向向量;^、上向单位向量茌和上向向量 进行正交规范化；
[0049] 第一向量计算模块:计算正交规范后的前向单位向量f:和前向向量^的叉积，将 该叉积记为前向叉积；
[0050] 第二向量计算模块:计算正交规范后的上向单位向量迁和上向向量g的叉积，将 该叉积记为上向叉积；
[0051] 矩阵变换模块:将前向叉积和上向叉积变换为矩阵形式，并将变换后的前向叉积 和上向叉积相乘得到旋转变换Ri
[0052] 相比现有技术，本发明的有益效果在于：
[0053]本发明的使用使得惯性传感器的安装要求降低，不需要惯性导航设备的前面一定 要与载体的前面对齐，惯性导航设备的上面一定要与载体的上面对齐，降低了惯性导航设 备的安装要求，提高了设计的灵活性，使得不会存在安装错误的隐患，设备只需要与载体刚 性连接，不需要考虑安装姿态。
【附图说明】
[0054] 图1为本发明的简化惯性导航设备安装要求的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0055] 下面，结合附图以及【具体实施方式】，对本发明做进一步描述：
[0056] 如图1所示，本发明提供了一种简化惯性导航设备安装要求的方法，在本实施例中 主要以汽车来作为载体进行说明，包括以下步骤：
[0057] S1:获取载体静止时各个时间序列的比力
[0058] S2:根据公式（1)进行计算，得到载体静止时的比力均值和传感器坐标系下的 上向向量
[0060] 其中：i表示第i个时间序列，Ν表示总共经过Ν个时间序列，j@f|表示比力均值 spf的模，表示传感器坐标系下的上向向量；
[0061] S3:获取载体行驶过程中的各个时间序列的比力;^:和载体行驶的加速度acck; 其中k表示第k个时间序列;在此过程中，比力惯性传感器可以直接读出，不需要进 行其他计算，加速度acck可以用微型定位的速度来计算得到，所述载体加速至10km/h或者 所述载体加速至l〇km/h以上。;
[0062] S4:根据公式（2)进行计算，用上向向量?吞把记录到的比力g投影到水平面 上，得到水平加速度hork，
[0064] S5:根据公式（3)进行计算，得到比力与加速度的相关系数p丨&，并计算最 大时所对应传感器坐标系下的前向向量根据二分法或梯度下降法等迭代数值处理方 法可以求得p I ^最大时，就可以得到前向向量5,
[0067] 其中：|_fr.〇|表示前向向:的模，.i.表示ak的平均数，??表示bk的平均数；
[0068] S61:对前向单位向量f、前向向量·^!^、上向单位向量石:和上向向量Up进行正交 规范化；
[0069] S62:计算正交规范后的前向单位向量和前向向量@的叉积，将该叉积记为前 向叉积，也即是求得将前向单位向量f;旋转至前向向量@的向量；
[0070] S63:计算正交规范后的上向单位向量茌和上向向量?β的叉积，将该叉积记为上 向叉积，也即是求得将上向单位向量G旋转至上向向量?φ的向量；由于前向单位向量f:和 前向向量]上向单位向量茌和上向向量U获是垂直的关系，故而S62中上向单位向量迁和 上向向量$的变换不会影响到S63中前向单位向量f:和前向向量^的重合关系；
[0071] S64:将前向叉积和上向叉积变换为矩阵形式，并将变换后的前向叉积和上向叉