PDF《车载低精度犐荦犁/犌犘犁 大方位失准角线性对准研究》

3 压电与声光2017年 在车载应用中是小量, 在粗对准时可以省略. 1. 1.

3 姿态误差方程推导 捷联惯导中的平台坐标系 系在惯性坐标系 系中的角速度[

1 2] : ω =ω +ε (10)式中: ε 为陀螺零偏;

ω 鹞教ㄗ晗档慕撬俾试 平台坐标系中的投影. 因为 ω =ω -ω =ω +ε -ω (11)式中ω 鹞教ū晗迪喽约扑阕晗档慕撬俾试谄 台坐标系的投影. 所以 ω =(-)ω+ε (12)将式(

4 ) 代入式(

1 2 ) , 可得 ω 硌=-(cosφ-1 ) -s i nφ γ s i nφ - ( c o s φ-1 ) -θ -γ c o s φ-θ s i nφ -γ s i nφ+θ c o s φ 硌0ω纽丬硌+ε硌(13)由于水平失准角是小量, 故将式展开重写为 d d 籀圈sinφ c o s φ- 硌1=0ω-ω 丬-ω -ω 0ω-ω 丬0000硌0000θγsinφ c o s φ- 硌1+ε硌00+00硌(14)式中 和 为非线性项.有zφ=-γ s i nφ ω 丬+θ c o s φ ω 丬-γcosφω-θ s i nφ ω -ε =ddsinφ =z φ( c o s φ-1 ) +z φ =dd(cosφ-1 )=-s i nφ・ z 籀(15)由式(

1 5 ) 得到线性化模型, 可认为两个三角函 数的变化值均为小量, 蟆 懔较罹傻弊0. 1. 1.

4 位置误差方程推导 因为位置误差方程[

1 3] 不涉及姿态, 较简单, 可 直接列出: δ z 苔蘑zλδz硌=01 +01(臆 +) c o s00硌001δ纽鲕硌+00-鲕( +)

2 tan ( 臆 +) c o s0-(臆 +)

2 c o s硌000δ苔摩甩硌(16)式中: 獭 λ和 分别为纬度, 经度和高度;

, 臆 分 别为子午圈半径和卯酉圈半径. 1.

2 测量模型 动基座对准中采用 G P S输出的速度和位置作 为观测量[

1 3 ] , 观测方程: = G P S []GPS-IMU []IMU = +状(17)其中, =04*303*3-

3 0

3 *

3 0

3 *

3 0

4 *

3 -303*303*303*[]3(18)测量噪声为 状= δ G P S δ []GPS(19)设= [ θγ s i nφ c o s φ-1 δ 靓] T (

2 0 ) 式中: δ =[ δ 苔摩甩] T ;

δ =[ δ 纽鲕]T;

岷 分别为加速度计和陀螺仪的零偏, 建模为一阶 马尔可夫过程.

2 精对准误差模型 当粗对准角度收敛到小角度时, 切换到精对准 方程.为了继承粗对准滤波器的结构和各状态之间 的协方差关系, 精对准中仍然沿用三角函数作为状 态变量.式(

1 5 ) 中θ、 γ、 ε 均是小量, c o sφ-1也是 随着方位角的减小而趋于0的小量, 当方位角减小 约1

0 ° 时, c o s φ-1的值减小约0.

0 1. 因此, c o s φ- 1与θ、 γ、 ε 的乘积为高阶小量, 消去高阶小量, 近似 得可

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3 第3期 姜博文等: 车载低精度I N S / G P S大方位失准角线性对准研究 d d (sinφ)=z φ =-γ ω +θ ω 丬+ε (21)对于状 态量cosφ-1, 由余弦函数的特性可知, 其模型 仍与粗对准时相同. 精对准姿态误差方程为 d d 籀圈sinφ c o s φ- 硌1=0ω咋丬-ω -ω 0-ω -ω 丬丬-ω 00硌0000θγsinφ c o s φ- 硌1+ε硌0(22)速度及位置误差方程和粗对准相同.

3 车载实验 车载实验中, MEMS I MU 选用的是ADIS16375型三轴集成IMU,陀螺仪零偏为12(°)/h, 加速度计零偏为1

6 m ( =9.

8 m / s

2 ) , 数据 输出率为200Hz;

GPS接收机为ublox的NEO6M定位模块, 采样频率为1 H z , 定位精度为 2. 5m, 测速精度为0. 1m / s ;

控制器为S TM

3 2 F

1 0

3 型ARM 芯片.采用和芯星通的 UR

3 7 0三频高精 度接收机提供基准, 该接收机采用双天线载波相位 差分( R T K) 测量方法, 结合基准站可实现流动站厘 米级的定位精度.此外, 双天线差分可提供姿态角 信息, 沿车轴纵向安装两个天线, 可输出车体的俯仰 角和偏航角;

姿态角精度由两个天线间的基线长度 决定, 基线长度越长, 定姿精度越高.试验中的基线 长度约为1m, 定姿精度约为1 ° .系统实物照片如 图1所示.因实验所用I MU 精度较低, 实际运算中 省略了一些次要项[