陀螺儀輔助定位方法
【專利摘要】本發明公開了一種陀螺儀輔助定位方法，包括以下步驟：首先、姿態角的測量:對加速度計的測量值和磁傳感器的測量值分別經過高斯牛頓迭代得到姿態誤差速率,陀螺儀直接通過四元數微分方程得到姿態四元數速率,兩個加起來積分得到姿態四元數；其次、初始點的獲取：利用加速度計和陀螺儀芯片兩者的數據，進行軌跡推算，以將軌跡周期提高到慣性測量單元的數據周期；第三、速度和移動距離的計算；第四、計算位置點；第五：糾正位置。本發明針對性的解決了陀螺儀的漂移、載體的線性加速度和周圍局部磁場的干擾問題，根據道路數據，對定位結果進行投影修正，并利用修正結果計算下一個位置點，這樣就有效地減小累計誤差。
【專利說明】陀螺儀輔助定位方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及輔助定位方法，尤其是涉及一種脫落及輔助定位及其方法。
【背景技術】
[0002]現有的陀螺儀輔助導航方法是采用陀螺儀定位方式，陀螺儀定位方式是基于角速度檢測的原理而設計，通過一系列的運算，得到的定位位置是相對于上次定位的一個相對值。現有的陀螺儀輔助導航方法雖然已經使得空中指向定位成為可能，但由于得到的定位位置只是相對于上次定位的一個相對值，指向性存在一定的偏差，當長時間偏差得不到補償時，偏差就會在一定程度上進行累加，以至于體驗越來越差，在某些特定場合，它還不能完全滿足需要，另外傳統的陀螺儀輔助導航是基于最后的位置點進行導航，在導航過程中會因為時間的增加累計誤差不斷的增大。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種精度高、誤差小的陀螺儀輔助定位方法。
[0004]為解決上述技術問題，本發明采取的技術方案為:陀螺儀輔助定位方法，其特征在于包括以下步驟:
首先、姿態角的測量:對加速度計的測量值和磁傳感器的測量值分別經過高斯牛頓迭代得到姿態誤差速率，陀螺儀直接通過四元數微分方程得到姿態四元數速率，兩個加起來積分得到姿態四元數；
其次、初始點的獲取:利用加速度計和陀螺儀芯片兩者的數據，進行軌跡推算，以將軌跡周期提高到慣性測量單元的數據周期；
第三、速度和移動距離的計算:根據修正過的歐拉角，計算三軸的加速度的分量，從而計算出實際的加速度；在已知初速度，加速度和時間的情況下，通過對初速度積分和加速度二次積分，計算出移動距離；
第四、計算位置點:根據移動距離和方向計算當前的位置點的經緯度；
第五:糾正位置:根據計算的位置點，在道路上進行投影，進行平滑處理，得到糾正后的位置點。
[0005]陀螺儀的漂移、載體的線性加速度和周圍局部磁場的干擾是制約MARG傳感器姿態測量精度的主要問題。本發明基于已有的慣性測量單元，設計了一個基于四元數的Kalman濾波器，通過建立MARG傳感器模型，引入傳感器偏差補償和自適應的測量噪聲協方差矩陣構造方法來提高姿態測量精度，減小載體線性加速度和周圍局部磁場的干擾，實現三自由度的姿態測量。傳統的陀螺儀輔助導航是基于最后的位置點進行導航，在導航過程中會因為時間的增加累計誤差不斷的增大，本發明是根據道路數據，對定位結果進行投影修正，并利用修正結果計算下一個位置點，這樣就有效地減小累計誤差。總之，現有技術沒有解決陀螺儀的漂移、載體的線性加速度和周圍局部磁場的干擾和長時間的累積誤差問題，本發明針對性的解決了陀螺儀的漂移、載體的線性加速度和周圍局部磁場的干擾問題，并把陀螺儀的空間定位技術和實際的導航應用相結合，解決了長時間的累積誤差問題，而且根據道路數據，對定位結果進行投影修正，并利用修正結果計算下一個位置點，這樣就有效地減小累計誤差。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]圖1為姿態角測量的數學式圖。
[0007]圖2為慣性加速度矢量圖。
[0008]圖3為糾正后的位置點圖。
【具體實施方式】
[0009]實施例1
本陀螺儀輔助定位方法，包括以下步驟:
首先、姿態角的測量:對加速度計的測量值和磁傳感器的測量值分別經過高斯牛頓迭代得到姿態誤差速率，陀螺儀直接通過四元數微分方程得到姿態四元數速率，兩個加起來積分得到姿態四元數。參見圖1，本陀螺儀輔助定位方法基于已有的慣性測量單元，設計了一個基于四元數的Kalman濾波器，通過建立MARG傳感器模型，引入傳感器偏差補償和自適應的測量噪聲協方差矩陣構造方法來提高姿態測量精度，減小載體線性加速度和周圍局部磁場的干擾，實現三自由度的姿態測量。
[0010]其次、初始點的獲取:利用加速度計和陀螺儀芯片兩者的數據，進行軌跡推算，以將軌跡周期提高到慣性測量單元的數據周期。眾所周知GPS有一定的誤差，如果GPS的誤差在15米范圍的話，遠超過了車道的寬度，要想定位在車道上，確實是個難度。可以利用固定GPS基站的方式來校準精度，但還有一個問題，芯片提供的定位周期最快只有一秒。就是說，這一秒范圍內的軌跡是空白的，當速度達到一定程度的時候，一秒的距離已經很遠，甚至已經完成了一個快速小角度偏轉動作。那么這樣的話精度將會大大降低。為了填補這一秒中的軌跡空白，于是我們利用加速度計和陀螺儀芯片，利用兩者數據推算軌跡，將軌跡周期提高到慣性測量單元的數據周期，即20毫秒。
[0011]第三、速度和移動距離的計算:根據修正過的歐拉角，計算三軸的加速度的分量，從而計算出實際的加速度；在已知初速度，加速度和時間的情況下，通過對初速度積分和加速度二次積分，計算出移動距離；慣性加速度矢量圖如圖2所示，得到了慣性加速度矢量的三個分量，根據計算得出的歐拉角即可計算出我們實際方向的加速度。
[0012]第四、計算位置點:根據移動距離和方向計算當前的位置點的經緯度，即在地球上已知一點，距離和方向，可以求出另一點的經緯度。
[0013]第五:糾正位置:根據計算的位置點，在道路上進行投影，進行平滑處理，得到糾正后的位置點，如圖3所示。
【權利要求】
1.一種陀螺儀輔助定位方法，其特征在于包括以下步驟: 首先、姿態角的測量:對加速度計的測量值和磁傳感器的測量值分別經過高斯牛頓迭代得到姿態誤差速率，陀螺儀直接通過四元數微分方程得到姿態四元數速率，兩個加起來積分得到姿態四元數； 其次、初始點的獲取:利用加速度計和陀螺儀芯片兩者的數據，進行軌跡推算，以將軌跡周期提高到慣性測量單元的數據周期； 第三、速度和移動距離的計算:根據修正過的歐拉角，計算三軸的加速度的分量，從而計算出實際的加速度；在已知初速度，加速度和時間的情況下，通過對初速度積分和加速度二次積分，計算出移動距離； 第四、計算位置點:根據移動距離和方向計算當前的位置點的經緯度； 第五:糾正位置:根據計算的位置點，在道路上進行投影，進行平滑處理，得到糾正后的位置點。
【文檔編號】G01C21/16GK103644911SQ201310607804
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】閆智勇, 李建平 申請人:南京城際在線信息技術有限公司