陆地导航中GNSS/陀螺仪组合实时测姿方法

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陆地导航中GNSS/陀螺仪组合实时测姿方法

甘雨, 隋立芬, 戚国宾, 张鹤

文章导航 > 武汉大学学报 ( 信息科学版) > 2015 > 40(3): 379-383

甘雨, 隋立芬, 戚国宾, 张鹤. 陆地导航中GNSS/陀螺仪组合实时测姿方法[J]. 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2015, 40(3): 379-383.

引用本文:

甘雨, 隋立芬, 戚国宾, 张鹤. 陆地导航中GNSS/陀螺仪组合实时测姿方法[J]. 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2015, 40(3): 379-383.

Gan Yu, Sui Lifen, Qi Guobing, Zhang He. A Real-Time Attitude Determination Approach for Land Navigation Based on GPS/Gyroscope Integration[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2015, 40(3): 379-383.

Citation:

Gan Yu, Sui Lifen, Qi Guobing, Zhang He. A Real-Time Attitude Determination Approach for Land Navigation Based on GPS/Gyroscope Integration[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2015, 40(3): 379-383.

陆地导航中GNSS/陀螺仪组合实时测姿方法

¹信息工程大学地理空间信息学院河南郑州 450052

基金项目: 国家自然科学基金资助项目41274016 41174006 40974010

作者简介:
甘雨博士生主要从事GNSS数据处理及多传感器融合组合导航研究

中图分类号: P228. 41

A Real-Time Attitude Determination Approach for Land Navigation Based on GPS/Gyroscope Integration

¹Institute of Surveying and Mapping,Information Engineering University Zhengzhou 450052 China

摘要: 在陆地导航系统中使用GNSS/INS组合导航会增加系统成本,多天线GNSS测姿精度受基线长度影响,且存在的模糊度固定问题。本文提出仅利用一个陀螺仪和单天线GNSS组合来进行实时测姿。先由单天线GNSS计算姿态角3参数,航向角为陆地导航的关键参数,为此将陀螺信息与GNSS导出的航向角进行融合。分析了单天线测姿在载体静止或低速运动时精度很差的原因,提出了在组合滤波中进行解决的方案。推导了GNSS和陀螺信息融合的滤波模型,将陀螺仪信息作为状态模型的控制输入,以GNSS航向为滤波观测值。实验结果表明,GNSS/陀螺仪组合计算的航向角精度和可靠性相对GNSS测姿结果均有很大提升。
- 陆地导航 /
- 陀螺仪 /
- 姿态 /
- 航向角 /
- Kalman滤波
Abstract: It is wasteful to use a GNSS/INS integrated system for land navigation.Multi-antenna GNSS attitude determination is closely related to the baseline length and is confronted with the ambiguity fixing problem. This paper proposes a single-antenna GNSS /gyroscope integrated attitude determination method that meets this challenge. The three attitude parameters are firstly calculated bysingle-antenna GNSS and then the key parameter in land navigation，the heading angle，the gyro information，and GNSS-derived heading are integrated. The accuracy degration problem in single-antenna GNSS during the stationary or low-velocity conditions is investigated and solved during the integration filtering process.The filtering model for GNSS/Gyro integration is derived;gyro information is used as the control input in the state model and the GNSS heading angle is measured. Experimental results show that，the accuracy and reliability of the GNSS/Gyro heading is much higher using the proposed method than that of GNSS attitude determination alone.
- land navigation /
- grade gyroscope /
- attitude /
- heading angle /
- Kalman filter

[1]	宋会杰, 董绍武, 王燕平, 安卫, 侯娟. 基于渐消因子的改进Kalman滤波时间尺度估计算法 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2019, 44(8): 1205-1211, 1219. doi: 10.13203/j.whugis20180065
[2]	刘韬, 徐爱功, 隋心, 王长强. 新息向量的抗差Kalman滤波方法及其在UWB室内导航中的应用 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2019, 44(2): 233-239. doi: 10.13203/j.whugis20170067
[3]	赵文晔, 高井祥, 李增科, 姚一飞. 地图匹配辅助的KF-PF室内定位算法模型 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2018, 43(5): 806-812. doi: 10.13203/j.whugis20150707
[4]	李彦杰, 杨元喜, 何海波. 附加约束条件对GNSS/INS组合导航结果的影响分析 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2017, 42(9): 1249-1255. doi: 10.13203/j.whugis20150526
[5]	张小红, 潘宇明, 左翔, 汪杰. 一种改进的抗差Kalman滤波方法在精密单点定位中的应用 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2015, 40(7): 858-864. doi: 10.13203/j.whugis20130577
[6]	王冰, 隋立芬, 王威, 马成. GPS/陀螺组合测姿中整周模糊度的快速解算 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2015, 40(1): 128-133.
[7]	谌一夫, 刘璐, 张春玲. ZY 3卫星在轨几何标定方法 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2013, 38(5): 557-560.
[8]	李增科, 王坚, 高井祥, 谭兴龙. 利用SVM的GPS/INS组合导航滤波发散抑制方法研究 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2013, 38(10): 1216-1220.
[9]	戴吾蛟, 伍锡锈, 罗飞雪. 一种利用增广参数Kalman滤波的GPS多路径效应处理方法 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2012, 37(4): 423-427.
[10]	何正斌, 聂建亮, 吴富梅, 张菊清. 利用随机系数矩阵的GNSS/INS组合导航Kalman滤波算法 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2012, 37(9): 1036-1040.
[11]	何正斌, 吴富梅, 聂建亮. 先验协方差阵误差对动态Kalman滤波解的影响 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2011, 36(1): 34-38.
[12]	阮仁桂, 郝金明, 刘勇. 正反向Kalman滤波用于动态精密单点定位参数估计 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2010, 35(3): 279-282.
[13]	归庆明, 韩松辉. Kalman滤波模型误差的修复 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2010, 35(8): 983-987.
[14]	于兴旺, 张小红, 刘经南, 赵莹. GPS/DR原始观测值组合导航定位研究 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2009, 34(2): 236-239.
[15]	范之国, 高隽, 潘登凯, 崔帅. 利用偏振光、地磁、GPS进行多信息源融合导航方法的研究与实现 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2009, 34(11): 1324-1327.
[16]	汪志明, 花向红, 陈远, 郭斐. GPS/DR组合Kalman滤波模型及性能分析 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2009, 34(9): 1102-1105.
[17]	张双成, 叶世榕, 万蓉, 陈波. 基于Kalman滤波的断层扫描初步层析水汽湿折射率分布 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2008, 33(8): 796-799.
[18]	杨元喜, 高为广. 两种渐消滤波与自适应抗差滤波的综合比较分析 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2006, 31(11): 980-982.
[19]	马攀, 孟令奎, 文鸿雁. 基于小波分析的Kalman滤波动态变形模型研究 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2004, 29(4): 349-353.
[20]	王阳阳, 王中元, 胡超, 余志浩. 优化历元间载波相位差分的车辆姿态估计模型 . 武汉大学学报 ( 信息科学版), 0, 0(0): 0-0. doi: 10.13203/j.whugis20200571

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陆地导航中GNSS/陀螺仪组合实时测姿方法

¹信息工程大学地理空间信息学院河南郑州 450052

基金项目: 国家自然科学基金资助项目41274016 41174006 40974010

作者简介:
甘雨博士生主要从事GNSS数据处理及多传感器融合组合导航研究

收稿日期: 2013-06-05
刊出日期: 2015-03-05

中图分类号: P228. 41

关键词:

摘要: 在陆地导航系统中使用GNSS/INS组合导航会增加系统成本,多天线GNSS测姿精度受基线长度影响,且存在的模糊度固定问题。本文提出仅利用一个陀螺仪和单天线GNSS组合来进行实时测姿。先由单天线GNSS计算姿态角3参数,航向角为陆地导航的关键参数,为此将陀螺信息与GNSS导出的航向角进行融合。分析了单天线测姿在载体静止或低速运动时精度很差的原因,提出了在组合滤波中进行解决的方案。推导了GNSS和陀螺信息融合的滤波模型,将陀螺仪信息作为状态模型的控制输入,以GNSS航向为滤波观测值。实验结果表明,GNSS/陀螺仪组合计算的航向角精度和可靠性相对GNSS测姿结果均有很大提升。

English Abstract

甘雨, 隋立芬, 戚国宾, 张鹤. 陆地导航中GNSS/陀螺仪组合实时测姿方法[J]. 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2015, 40(3): 379-383.

引用本文:

甘雨, 隋立芬, 戚国宾, 张鹤. 陆地导航中GNSS/陀螺仪组合实时测姿方法[J]. 武汉大学学报 ( 信息科学版), 2015, 40(3): 379-383.

Gan Yu, Sui Lifen, Qi Guobing, Zhang He. A Real-Time Attitude Determination Approach for Land Navigation Based on GPS/Gyroscope Integration[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2015, 40(3): 379-383.

Citation:

Gan Yu, Sui Lifen, Qi Guobing, Zhang He. A Real-Time Attitude Determination Approach for Land Navigation Based on GPS/Gyroscope Integration[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2015, 40(3): 379-383.

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