專利名稱：Gnss輔助mems慣性傳感器零偏的快速在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GNSS和基于MEMS 的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(MEMS INS)相結(jié)合的組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，GNSS輔助MEMS慣性傳感器零偏的 快速在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，所述MEMS是指微機(jī)電系統(tǒng)，所述的MEMS慣性傳感器包括MEMS加 速度計(jì)和MEMS陀螺儀，構(gòu)成組合導(dǎo)航系統(tǒng)的慣性測(cè)量單元；MEMS慣性傳感器的測(cè)量誤差主 要由MEMS加速度計(jì)和MEMS陀螺儀的零偏誤差決定，為消除MEMS慣性傳感器的測(cè)量誤差， 對(duì)MEMS慣性傳感器進(jìn)行零偏標(biāo)定是非常必要的。
背景技術(shù)：
全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GNSS (Global Navigation Satellite System)能為全球用 戶提供全天候、連續(xù)實(shí)時(shí)、高精度的三維位置、三維速度和時(shí)間基準(zhǔn)。由慣性測(cè)量單元 (Inertial Measurement Unit, IMU)為核心組成的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(Inertial Navigation System, INS)能夠自主隱蔽地進(jìn)行連續(xù)的三維空間導(dǎo)航與測(cè)姿，不存在信號(hào)的電磁干擾，能 跟蹤和反映運(yùn)動(dòng)載體的機(jī)動(dòng)且輸出平穩(wěn)。將以上二者組合使用，可取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮二者各自 的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)持續(xù)、高精度并導(dǎo)航信息完備的任務(wù)。GNSS與INS相結(jié)合的組合導(dǎo)航有諸多優(yōu) 點(diǎn)INS在短時(shí)間內(nèi)能夠保持較高的精度，且由于其不受外界工作環(huán)境影響，可以補(bǔ)償GNSS 定位過(guò)程中產(chǎn)生的隨機(jī)誤差；同時(shí)，GNSS定位系統(tǒng)提供的絕對(duì)定位測(cè)速信息可以補(bǔ)償INS 隨時(shí)間累積的誤差，而保證長(zhǎng)距離運(yùn)行中的測(cè)量精度；短時(shí)間內(nèi)INS的動(dòng)態(tài)信息可以有助 于改善GNSS高動(dòng)態(tài)及有干擾環(huán)境中的信號(hào)失鎖和跳變問(wèn)題。微機(jī)電系統(tǒng)MEMS (Micro Electronic Mechanical System)是隨著半導(dǎo)體集成電 路微細(xì)加工技術(shù)和超精密機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，集微型傳感器、執(zhí)行器、信號(hào) 處理與控制電路、接口電路、通信和電源一體的微型機(jī)電系統(tǒng)。MEMS IMU是基于MEMS技術(shù) 的慣性測(cè)量單元，它集成了硅微加速度計(jì)和硅微陀螺儀這兩種慣性傳感器，用于測(cè)量運(yùn)動(dòng) 載體的線加速度和旋轉(zhuǎn)角速度。MEMS慣性傳感器繼承了傳統(tǒng)慣性傳感器的完全自主性、保 密性強(qiáng)、不存在信號(hào)的電磁干擾等特點(diǎn)，又具有尺寸小、重量輕、成本低、功耗小、可靠性高、 動(dòng)態(tài)范圍寬、和便于安裝調(diào)試等傳統(tǒng)慣性傳感器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。由其構(gòu)成的MEMS測(cè)量單 元逐步取代傳統(tǒng)的慣性傳感器，構(gòu)建微型、成本低的組合導(dǎo)航系統(tǒng)已成為導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展的 熱點(diǎn)和重點(diǎn)。MEMS慣性傳感器是MEMS IMU的核心部件，限于目前MEMS器件工藝制造水平，MEMS 慣性傳感器的測(cè)量誤差主要由MEMS加速度計(jì)和MEMS陀螺儀的零偏誤差決定。因此，對(duì)MEMS 慣性傳感器進(jìn)行零偏標(biāo)定是非常必要的。傳統(tǒng)的零偏標(biāo)定方法是利用高精度轉(zhuǎn)臺(tái)離線采集數(shù)據(jù)信息，對(duì)MEMS加速度計(jì)和 MEMS陀螺儀的主要誤差系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，轉(zhuǎn)臺(tái)標(biāo)定方法雖然已經(jīng)比較成熟，但存在以下缺點(diǎn) 第一，數(shù)學(xué)建模復(fù)雜，需要大量的離線數(shù)據(jù)樣本；第二，僅能夠?qū)EMS加速度計(jì)和陀螺儀的 單次上電誤差特性，如零偏穩(wěn)定性，進(jìn)行標(biāo)定，而無(wú)法對(duì)歷次開(kāi)機(jī)誤差的零偏進(jìn)行標(biāo)定；第 三，需要利用專用測(cè)試設(shè)備、且對(duì)載體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有特定要求，標(biāo)定所需時(shí)間長(zhǎng)、人力物力等成本高；第四，轉(zhuǎn)臺(tái)離線標(biāo)定時(shí)的環(huán)境因素與實(shí)際在線使用時(shí)的環(huán)境因素(溫度、濕度、安 裝誤差、振動(dòng)、電磁干擾等等)有出入，可能造成標(biāo)定得出的參數(shù)不適用于使用環(huán)境；第五， 隨著庫(kù)存時(shí)間的增加，MEMS加速度計(jì)和陀螺儀的標(biāo)定參數(shù)將隨時(shí)間發(fā)生漂移，MEMS INS的 導(dǎo)航能力會(huì)下降。對(duì)于許多系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，重標(biāo)定的成本太高，也不利于系統(tǒng)性能的維護(hù)和改 善，更不利于系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性和快速性。第六，使用傳統(tǒng)方法標(biāo)定后的INS在使用過(guò)程 中，系統(tǒng)工作精度嚴(yán)重依賴于高性能的慣性器件誤差的零偏重復(fù)性，然而MEMS慣性器件不 具備優(yōu)良的零偏重復(fù)特性。第七，傳統(tǒng)的標(biāo)定方法要求系統(tǒng)處于非動(dòng)態(tài)環(huán)境的初始工作狀 態(tài)。綜上所述，隨著GNSS/MEMS組合導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用的擴(kuò)展，傳統(tǒng)的標(biāo)定手段(如要求初始靜 止?fàn)顟B(tài))難以適用于日趨廣泛的使用環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，提出一種GNSS輔助MEMS慣性傳感器 零偏的快速在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，其優(yōu)勢(shì)在于不受載體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)限制，計(jì)算量小，實(shí)時(shí)性強(qiáng)， 可以快速完成慣性傳感器零偏的在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定，有助于實(shí)現(xiàn)GNSS/MEMS INS組合系統(tǒng)的快 速啟動(dòng)及其批量化應(yīng)用。所述MEMS是指微機(jī)電系統(tǒng)，所述MEMS慣性傳感器是構(gòu)成MEMS慣 性測(cè)量單元的核心部件，包括MEMS加速度計(jì)和MEMS陀螺儀。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種GNSS輔助MEMS慣性傳感器零偏的快速在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，其特征在于，所述 MEMS慣性傳感器包括構(gòu)成MEMS慣性測(cè)量單元的MEMS加速度計(jì)和MEMS陀螺儀；在GNSS/ MEMS INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，通過(guò)在線對(duì)比由GNSS推導(dǎo)得到的總比力的模和MEMS加速度計(jì) 輸出得到的總比力的模，來(lái)實(shí)時(shí)標(biāo)定加速度計(jì)的零偏；通過(guò)使用GNSS測(cè)量的速度信息，在 線推導(dǎo)得出姿態(tài)信息并添加勻速或近似勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止的約束，來(lái)實(shí)時(shí)標(biāo)定陀螺儀的 零偏；所述MEMS指微機(jī)電系統(tǒng)，所述GNSS指全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，所述MEMS INS指以MEMS 慣性測(cè)量單元為核心組成的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。所述MEMS加速度計(jì)和MEMS陀螺儀為三個(gè)相互正交的MEMS加速度計(jì)和三個(gè)相互 正交的MEMS陀螺儀，分別用于測(cè)量載體的線加速度和角速度。所述由GNSS推導(dǎo)得到的總比力的模的算法如下設(shè)GNSS當(dāng)前時(shí)刻Tk與前一時(shí)刻Th輸出的三個(gè)方向e，n, u(東北天)的速率分 別為Vm^GO和^吧^仏-丨)，其中i = e，n，u，則計(jì)算前一時(shí)刻三個(gè)方向的加速度值為
「 , (1 in ^GNSS,i W _ ^GNSSJ ~. 聽(tīng)’,(眾-1) =-—~^-，i = e,n,u
lk~1k-\那么由GNSS推導(dǎo)得出的前一時(shí)刻Th總比力的模為foNss(眾一 1) = H(免—1) + a2GNSS’ (k-l) + a2GNSSM(眾_ 1)) + g，其中，g 為重力加速 度；所述MEMS加速度計(jì)輸出得到的總比力的模由如下方法得到設(shè)MEMS加速度計(jì)當(dāng)前時(shí)刻Tk三個(gè)正交方向(x，y，z)輸出的比力值分別為fIMU,x(k)， fau,y(k)，fIMu,z(k)，則MEMS加速度計(jì)輸出的當(dāng)前時(shí)刻Tk總比力的模為 flMU (眾)=V (fmu,x (眾)+ flMU,y (眾)+ fjMU,z (k))；
5
則所述加速度計(jì)的零偏為總加速度計(jì)的零偏S f(k)，6 f(k)=
fliu(k) -fGNSS (k-1)。當(dāng)三個(gè)相互正交的各軸的加速度計(jì)零偏均等時(shí)，三個(gè)相互正交的MEMS加速度計(jì) 的零偏分別為f(k)/3, i =x, y, Zo經(jīng)零偏補(bǔ)償后的各軸加速度計(jì)的比力輸出7^) = //M/，,(幻-豕，Z 二 XJ，Z為當(dāng)
前時(shí)刻的加速度計(jì)比力值。所述GNSS在線推導(dǎo)得出的姿態(tài)信息包括載體當(dāng)前時(shí)刻和前一時(shí)刻的航向角和俯 仰角，算法如下設(shè)GNSS當(dāng)前Tk時(shí)刻與前一時(shí)刻！^輸出的三個(gè)方向e，n, u (東北天)的速率分 別為 VeNSS, i (k)和 VeNSS,, (k-1)，其中 i = e，n，u，則推導(dǎo)出當(dāng)前時(shí)刻Tk載體航向角Hndg(;NSS (k)和俯仰角Ptch^^ (k)分別為HndgGNSS (k) = tan"1 (VGNSS, e (k) /VGNSS, n (k))PtchGNSS (k) = tan"1 (VGNSS’U (k) / J
^GNSS ,e + K}NSS ,n (眾))前一時(shí)刻Th載體航向角HndgGNSS (k-1)和俯仰角PtchGNSS (k-1)分別為HndgGNSS(k-l) = tanlVGNssJk-D/VGNssJk-l))PtchGNSS{k-\) = tan"1 (VGNSS’u(k-\) / ^NSS e{k-\) + V^NSSn{k-\))。所述添加勻速或近似勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止的約束，是指根據(jù)載體當(dāng)前時(shí)刻和前一 時(shí)刻的航向角和俯仰角的信息，判斷載體是否處于勻速或近似勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)?態(tài)。所述陀螺儀的零偏為三個(gè)相互正交的MEMS陀螺儀的各軸零偏，采用以下方法對(duì) MEMS陀螺儀各軸零偏進(jìn)行在線標(biāo)定當(dāng)Tk時(shí)刻載體處于勻速或近似勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，則陀螺儀角速度輸出 量的模為W1MU (k) = ^dw2x{k) + Sw2y{k) + dw](k) + coe其中S Wi (k)，i = x，y，z為MEMS陀螺儀各軸零偏，《 e為地球自轉(zhuǎn)角速度(按1 天為24小時(shí)計(jì)算)；當(dāng)各軸零偏相等時(shí)，則可求得MEMS陀螺儀各軸零偏為8 Wi =(巧腿」(k)_we)/3, i = x, y, z。當(dāng)MEMS陀螺儀的噪聲水平高于地球自轉(zhuǎn)角速度時(shí)，則不必考慮《 e,此種情況下， 所述陀螺儀各軸零偏為，S Wi = w皿i(k)/3經(jīng)零偏補(bǔ)償后的陀螺儀角速度輸出祝⑷二巧—從幻-徹,.，/ = 為當(dāng)前時(shí)刻 陀螺儀的角速度輸出。本發(fā)明的技術(shù)效果本發(fā)明所設(shè)計(jì)的方法其優(yōu)勢(shì)在于不受載體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)限制，計(jì)算量小，簡(jiǎn)單易行，實(shí) 時(shí)性強(qiáng)，可以快速完成慣性傳感器的在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定。


圖1為GNSS輔助MEMS慣性傳感器零偏的快速在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。 一種GNSS輔助MEMS慣性傳感器零偏的快速在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，所述MEMS慣性傳 感器包括構(gòu)成MEMS慣性測(cè)量單元的MEMS加速度計(jì)和MEMS陀螺儀；在GNSS/MEMS INS組合 導(dǎo)航系統(tǒng)中，通過(guò)在線對(duì)比由GNSS推導(dǎo)得到的總比力的模和MEMS加速度計(jì)輸出得到的總 比力的模，來(lái)實(shí)時(shí)標(biāo)定加速度計(jì)的零偏；通過(guò)使用GNSS測(cè)量的速度信息，在線推導(dǎo)得出的 姿態(tài)信息并添加勻速或近似勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止的約束，來(lái)實(shí)時(shí)標(biāo)定陀螺儀的零偏；所述 MEMS指微機(jī)電系統(tǒng)，所述GNSS指全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，所述MEMS INS指以MEMS慣性測(cè)量單 元為核心組成的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。如圖1所示，MEMS IMU指MEMS慣性測(cè)量單元，本發(fā)明所涉及的MEMS慣性測(cè)量單 元由三個(gè)相互正交的MEMS加速度計(jì)和三個(gè)相互正交的MEMS陀螺儀構(gòu)成；GNSS指全球衛(wèi)星 導(dǎo)航系統(tǒng)。設(shè)GNSS當(dāng)前Tk時(shí)刻與前一時(shí)刻Th輸出的三個(gè)方向e，n, u(東北天)的速率分 別為Vm^GO和^吧^仏-丨)，其中i = e，n，u，則計(jì)算前一時(shí)刻三個(gè)方向的加速度值為
r…“ 1、^GNSS,i (^)_ ^GNSS,i ~ ?！?，aGNSS .(眾-1) =---’ i = e,n,u
h -h-i那么由GNSS推導(dǎo)得出的前一時(shí)刻總比力的模為fGNSS (眾 _ 1)=批腳(眾 _ 1) + a2GNSS,n (眾一 ” + ^GNSS,,(眾 一 0) + g其中，g為重力加速度。而當(dāng)前時(shí)刻MEMS加速度計(jì)輸出的總比力的模為
_9] f國(guó)(k) = H(k、+ Uk、. f丨2陶(k))；其中fIMU,x(k)，fIMU,y(k)，fIMU,z(k)分別為MEMS加速度計(jì)當(dāng)前時(shí)刻Tk三個(gè)正交方向 (x，y，z)輸出的比力值。定義總加速度計(jì)零偏為6f(k) = fIMU(k) _fGNSS (k-1)假設(shè)各軸加速度計(jì)零偏均等，則各軸加速度計(jì)零偏為6 fj = 6 f (k)/3, i = x, y, z則經(jīng)零偏補(bǔ)償后的加速度計(jì)比力輸出f, (k) fIMUi (k)-dft, i = x,y,z作為當(dāng)前時(shí)刻的加速度計(jì)比力值。同時(shí)，由GNSS在Tk時(shí)刻的速度可推導(dǎo)出Tk時(shí)刻載體航向角Hndg(;NSS (k)和俯仰角 PtchGNSS (k)分別為HndgGNSS (k) = tan—1 (VGNSS, e (k) /VGNSS, n (k))
PtchGNss (k) = tan"1 (VGNSS>U (k) / J ^GNSS.e (糴)+ ^GNSS>n (眾)) 同理可以求得時(shí)刻載體的航向角Hndg(;NSS (k-1)和俯仰角PtcheNSS (k-1)。根據(jù)兩個(gè)時(shí)刻GNSS的運(yùn)動(dòng)信息可以判斷載體是否處于近似勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)。以精度 低于50° /hr的GNSS/MEMS INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)為例，如果載體航向角角速率和俯仰角角速 率小于等于0. 1° /s,且加速度小于等于0. 05m/s2時(shí)，則認(rèn)為載體處于近似勻速直線運(yùn)動(dòng) 或靜止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)，采用以下方法對(duì)陀螺進(jìn)行在線標(biāo)定假設(shè)經(jīng)過(guò)判斷，Tk時(shí)刻載體處于近似勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)，則陀螺儀角速度 輸出量的模為wMU (k) = ^Sw2x(k) + Sw2y(k) + Sw2z(k) + 0)e其中SWi(k)，i =x, y, z為陀螺儀各軸零偏，為地球自轉(zhuǎn)角速度(按1天為 24小時(shí)計(jì)算)。假設(shè)各軸零偏相等，則可求得陀螺零偏為6 Wi = (wIMUji (k)-we)/3, i = x, y, z需要補(bǔ)充說(shuō)明的是，若MEMS陀螺儀的噪聲水平高于地球自轉(zhuǎn)角速度，則不必考慮 e，此種情況下，陀螺零偏為6 Wi = wIMUj i (k) /3則經(jīng)零偏補(bǔ)償后的陀螺角速度輸出wi{k)^wMUi(k)-Swl, i = x,y,z作為當(dāng)前時(shí)刻陀螺儀的角速度輸出。應(yīng)當(dāng)指出，以上所述具體實(shí)施方式
可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明 創(chuàng)造，但不以任何方式限制本發(fā)明創(chuàng)造。因此，盡管本說(shuō)明書(shū)和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造已進(jìn)行 了詳細(xì)的說(shuō)明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)行修改或者等同 替換；而一切不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均涵蓋在本發(fā)明創(chuàng) 造專利的保護(hù)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種GNSS輔助MEMS慣性傳感器零偏的快速在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，其特征在于，所述MEMS慣性傳感器包括構(gòu)成MEMS慣性測(cè)量單元的MEMS加速度計(jì)和MEMS陀螺儀；在GNSS/MEMS INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，通過(guò)在線對(duì)比由GNSS推導(dǎo)得到的總比力的模和MEMS加速度計(jì)輸出得到的總比力的模，來(lái)實(shí)時(shí)標(biāo)定加速度計(jì)的零偏；通過(guò)使用GNSS測(cè)量的速度信息，在線推導(dǎo)得出姿態(tài)信息并添加勻速或近似勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止的約束，來(lái)實(shí)時(shí)標(biāo)定陀螺儀的零偏；所述MEMS指微機(jī)電系統(tǒng)，所述GNSS指全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，所述MEMS INS指以MEMS慣性測(cè)量單元為核心組成的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GNSS輔助MEMS慣性傳感器零偏的快速在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法， 其特征在于，所述MEMS加速度計(jì)和MEMS陀螺儀為三個(gè)相互正交的MEMS加速度計(jì)和三個(gè)相 互正交的MEMS陀螺儀，分別用于測(cè)量載體的線加速度和角速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的GNSS輔助MEMS慣性傳感器零偏的快速在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法， 其特征在于，所述由GNSS推導(dǎo)得到的總比力的模的算法如下設(shè)GNSS當(dāng)前時(shí)刻Tk與前一時(shí)刻Tlri輸出的三個(gè)方向e，η, u(東北天)的速率分別為 Vgnss,i(k)和V^^dk-l)，其中i = e，n，u，則計(jì)算前一時(shí)刻三個(gè)方向的加速度值為n (u 1、. vgnss’, (k) - vgnss,i —— 0 · _Hl那么由GNSS推導(dǎo)得出的前一時(shí)刻Tlri總比力的模為Ignss(眾-” =λ/(4nss,e(^“1) + 4·’ (k-l) + a2GNSSu(k — 1)) + g，其中，g 為重力加速度；所述MEMS加速度計(jì)輸出得到的總比力的模由如下方法得到設(shè)MEMS加速度計(jì)當(dāng)前時(shí)刻Tk三個(gè)正交方向(X，y，ζ)輸出的比力值分別為fIMU, x (k)， fau,y(k)，fIMu,z(k)，則MEMS加速度計(jì)輸出的當(dāng)前時(shí)刻Tk總比力的模為fIMUik) = ^ifLAk)+f^k)+/^(k))；則所述加速度計(jì)的零偏為總加速度計(jì)的零偏Sf(k)，5f(k) = fIMU(k)-feNSS(k-l)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的GNSS輔助MEMS慣性傳感器零偏的快速在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法， 其特征在于，當(dāng)三個(gè)相互正交的各軸的加速度計(jì)零偏均等時(shí)，三個(gè)相互正交的MEMS加速度 計(jì)的零偏分別為δ & = δ f(k)/3, i =x, y, ζ.
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的GNSS輔助MEMS慣性傳感器零偏的快速在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法， 其特征在于，經(jīng)零偏補(bǔ)償后的各軸加速度計(jì)的比力輸出=，i = x,y’z為 當(dāng)前時(shí)刻的加速度計(jì)比力值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的GNSS輔助MEMS慣性傳感器零偏的快速在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法， 其特征在于，所述GNSS在線推導(dǎo)得出的姿態(tài)信息包括載體當(dāng)前時(shí)刻和前一時(shí)刻的航向角 和俯仰角，算法如下設(shè)GNSS當(dāng)前Tk時(shí)刻與前一時(shí)刻1^輸出的三個(gè)方向e，η, u(東北天)的速率分別為 Vgnss, i (k)禾口 Vgnss, j (k_l)，其中 i = e，n，U，則推導(dǎo)出當(dāng)前時(shí)刻Tk載體航向角Hndgrass (k)和俯仰角Ptchrass (k)分別為Hndgrass (k) = tarT1 (Vgnss, e (k) /Vgnss, n (k))PtchGNSS(k) = tan] (7臓’ (糴)丨 ^GNSS,e (糴)+ KJNSS,η (眾))前一時(shí)刻Tlri載體航向角Hndgrass (k-Ι)和俯仰角Ptchrass (k-Ι)分別為
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的GNSS輔助MEMS慣性傳感器快零偏的速在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法， 其特征在于，所述添加勻速或近似勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止的約束，是指根據(jù)載體當(dāng)前時(shí)刻和 前一時(shí)刻的航向角和俯仰角的信息，判斷載體是否處于勻速或近似勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜 止?fàn)顟B(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的GNSS輔助MEMS慣性傳感器零偏的快速在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法， 其特征在于，所述陀螺儀的零偏為三個(gè)相互正交的MEMS陀螺儀的各軸零偏，采用以下方法 對(duì)MEMS陀螺儀各軸零偏進(jìn)行在線標(biāo)定當(dāng)Tk時(shí)刻載體處于勻速或近似勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，則陀螺儀角速度輸出量的 模為
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的GNSS輔助MEMS慣性傳感器零偏的快速在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法， 其特征在于，當(dāng)MEMS陀螺儀的噪聲水平高于地球自轉(zhuǎn)角速度時(shí)，則不必考慮，此種情況 下，所述陀螺儀各軸零偏為，Swi = Wlffiia (i)/3。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的GNSS輔助MEMS慣性傳感器零偏的快速在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定 方法，其特征在于，經(jīng)零偏補(bǔ)償后的陀螺角速度輸出成W = W·，辦)-一，i = ;c，y,Z為當(dāng) 前時(shí)刻陀螺儀的角速度輸出。
全文摘要
一種GNSS輔助MEMS慣性傳感器零偏的快速在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，所述MEMS慣性傳感器包括構(gòu)成MEMS慣性測(cè)量單元的MEMS加速度計(jì)和MEMS陀螺儀；在GNSS/MEMS INS組合導(dǎo)航系統(tǒng)中，通過(guò)在線對(duì)比由GNSS推導(dǎo)得到的總比力的模和MEMS加速度計(jì)輸出得到的總比力的模，來(lái)實(shí)時(shí)標(biāo)定加速度計(jì)的零偏；通過(guò)使用GNSS測(cè)量的速度信息，在線推導(dǎo)得出姿態(tài)信息并添加勻速或近似勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止的約束，來(lái)實(shí)時(shí)標(biāo)定陀螺儀的零偏。本發(fā)明優(yōu)勢(shì)在于不受載體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)限制，計(jì)算量小，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可以快速完成慣性傳感器零偏的在線動(dòng)態(tài)標(biāo)定，有助于實(shí)現(xiàn)GNSS/MEMS INS組合系統(tǒng)的快速啟動(dòng)及其批量化應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01C25/00GK101949710SQ201010239779
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月28日
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