阅读说明：本技术 一种里程仪初始参数快速计算方法 (A kind of mileage gauge initial parameter quick calculation method ) 是由 夏家和 张金亮 李伟 *** 于 2019-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种里程仪初始参数快速计算方法,包括：以惯导姿态航向、惯导速度和里程原始脉冲进行分解推算,推算出脉冲分解推算结果,脉冲分解推算结果包括惯导到达终点时的观测矩阵、里程仪脉冲累加量、惯性行驶里程、观测矩阵和东北天脉冲累加量；获取惯导从起点到终点的位置变化向量测；根据位置变化向量测、以及惯导到达终点的观测矩阵、里程仪脉冲累加量、惯性行驶里程累加量、观测矩阵和东北天脉冲累加量计算里程初始参数。本发明解决可同时完成里程刻度系数、航向安装偏角的计算的问题。(The present invention provides a kind of mileage gauge initial parameter quick calculation method, it include: that decomposition reckoning is carried out with inertial navigation posture course, inertial navigation speed and mileage original pulse, impulse decomposition is extrapolated to calculate as a result, impulse decomposition calculates that result includes observing matrix, mileage gauge pulse accumulation amount, inertia traveling mileage, observing matrix and northeast day pulse accumulation amount when inertial navigation is reached home；Inertial navigation is obtained from the change in location of origin-to-destination to measurement；Mileage initial parameter is calculated to observing matrix, mileage gauge pulse accumulation amount, inertia traveling mileage accumulation amount, observing matrix and northeast day pulse accumulation amount measured and inertial navigation is reached home according to change in location.The present invention solves the problems, such as the calculating that can be completed at the same time mileage calibration factor, course mounting shift angle.)

一种里程仪初始参数快速计算方法

技术领域

本发明属于惯性导航技术领域，涉及一种里程仪初始参数快速计算方法。

背景技术

为了能够实时、精确测量车辆的位置、速度、姿态等信息，同时考虑导航自主性，工程上普遍采用惯性导航系统和里程仪组成惯性/里程仪组合导航系统。在车载惯性/里程仪组合导航系统中，随着轮胎温度、充气压力以及表面磨损等因素的影响，里程仪刻度系数会发生较大变化，同时，里程仪安装在车辆上后，与惯性导航系统之间不可避免地存在安装误差，里程仪刻度系数误差和安装误差是制约惯性/里程仪组合导航系统精度的主要因素，必对其初值进行计算。

传统标定方法需要在一段平直路面上，通过差分GPS设置两个精确标志点，车辆在这两个标志点之间平稳通过，来完成里程仪初始参数的计算，计算过程一般还需用卡尔曼滤波器相对角复杂，同时对行驶线路还有一定要求，如需为平直道路等。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种简单、实用的一种里程仪初始参数快速计算方法，以解决可同时完成里程刻度系数、航向安装偏角的计算的问题。

本发明的技术方案：

本发明提供一种里程仪初始参数快速计算方法，包括：

以惯导姿态航向、惯导速度和里程原始脉冲进行分解推算，推算出脉冲分解推算结果，脉冲分解推算结果包括惯导到达终点时的观测矩阵、里程仪脉冲累加量、惯性行驶里程、观测矩阵和东北天脉冲累加量；

获取惯导从起点到终点的位置变化向量测；

根据位置变化向量测、以及惯导到达终点的观测矩阵、里程仪脉冲累加量、惯性行驶里程累加量、观测矩阵和东北天脉冲累加量计算里程初始参数。

进一步的，根据位置变化向量测、以及惯导到达终点的观测矩阵、里程仪脉冲累加量、惯性行驶里程、观测矩阵和东北天脉冲累加量计算里程初始参数包括：

通过第一公式，计算里程初始参数，里程初始参数包括航向安装偏角和里程刻度系数；第一公式为：

其中，X＝M(l)^-1×(Δβ_OD(l)×K_od(l)-ΔP)；

这里，l为终点时刻，D_INS(l)为终点时刻惯性行驶里程；ΣN_od(l)为终点时刻里程仪脉冲累加量；K_od(l)为未修正的里程刻度系数；是里程刻度系数；ΔP为位置变化向量测；Δβ_OD(l)为终点时刻东北天脉冲累加量；M(l)为终点时刻观测矩阵；X为中间估计值；ψ为航向安装偏角，l为正数。

进一步的，对于惯导过程中第k时刻，k为0到l之间的采集时刻，以惯导姿态航向、惯导速度和里程原始脉冲进行分解推算，推算出脉冲分解推算结果，脉冲分解推算结果包括惯导到达终点时的观测矩阵、里程仪脉冲累加量、惯性行驶里程累加量、观测矩阵和东北天脉冲累加量，包括：

获取第k时刻的采集信息，采集信息包括：里程仪脉冲增量、惯导速度、惯性行驶增量、惯导输出的姿态矩阵；

获取第k-1时刻的观测矩阵、里程仪脉冲累加量、惯导速度、观测矩阵和东北天脉冲累加量；

累加里程仪脉冲增量和第k-1时刻的里程仪脉冲累加量，得到第k时刻的里程仪脉冲累加量；

通过惯导速度和第k-1时刻的惯性行驶里程，计算第k时刻的惯性行驶里程；

根据第k时刻的姿态矩阵、里程仪脉冲增量和第k-1时刻的东北天脉冲累加量，确定第k时刻的东北天脉冲累加量；

根据第k时刻的姿态矩阵、惯道速度和第k-1时刻的观测矩阵，计算第k时刻的观测矩阵。

进一步的，根据第k时刻的姿态矩阵、里程仪脉冲增量和第k-1时刻的东北天脉冲累加量，确定第k时刻的东北天脉冲累加量包括：

根据第k时刻的姿态矩阵、里程仪脉冲增量和第k-1时刻的东北天脉冲累加量，计算得到第k时刻东北天脉冲距离的变化量；

累加第k时刻东北天脉冲距离的变化量和第k-1时刻的东北天脉冲累加量，得到第k时刻的东北天脉冲累加量。

进一步的，根据第k时刻的姿态矩阵、惯道速度和第k-1时刻的观测矩阵，计算第k时刻的观测矩阵包括：

通过第k时刻的姿态矩阵和惯导速度，计算得到第k时刻的东北天里程位置变化向量；

通过第k时刻的东北天里程位置变化向量与第k时刻的姿态矩阵，确定第k时刻的观测矩阵的变化量；

累加第k时刻的观测矩阵的变化量和第k-1时刻的观测矩阵，得到第k时刻的观测矩阵。

进一步的，根据第k时刻的姿态矩阵、里程仪脉冲增量和第k-1时刻的东北天脉冲累加量，计算得到第k时刻东北天脉冲距离的变化量包括：

通过第二公式，得到第k时刻东北天脉冲距离的变化量，第二公式为：

其中，N_od(k)为第k时刻的里程仪脉冲增量；为第k时刻的姿态矩阵；为第k时刻东北天脉冲距离的变化量。

进一步的，通过东北天里程位置变化向量与第k时刻的姿态矩阵，确定第k时刻的观测矩阵的变化量包括：

根据第三公式，得到第k时刻的观测矩阵的变化量；第三公式为：

其中，M(k-1)为第k-1时刻的观测矩阵，M(k)为第k时刻的观测矩阵；为第k时刻的姿态矩阵；DS为第k时刻的东北天里程位置变化向量；DS(1)为DS的第一行，DS(2)为DS的第二行，DS(3)为DS的第三行。

进一步的，通过第k时刻的姿态矩阵和惯导速度，计算得到第k时刻的东北天里程位置变化向量包括：

根据第四公式，得到第k时刻的东北天里程位置变化向量；第四公式为：

其中，Δt为计算时的时间步长；V_INS为第k时刻的惯导速度；为第k时刻的姿态矩阵；DS为第k时刻的东北天里程位置变化向量。

进一步的，通过惯导速度和第k-1时刻的惯性行驶里程，计算第k时刻的惯性行驶里程包括：

根据第五公式，得到第k时刻的惯性行驶里程；第五公式为：

其中，D_INS(k-1)为第k-1时刻的惯性行驶里程；D_INS(k)为第k时刻的惯性行驶里程；V_INS＝[V_E V_N V_U]^T，即V_INS为第k时刻的惯导速度在东北天三个方向的分量；Δt为计算时的时间步长。

进一步的，获取惯导从起点到终点的位置变化向量测包括：

根据第六公式，得到惯导从起点到终点的位置变化向量测；第六公式为：

其中，(L₀,λ₀,h₀),(L_k,λ_k,h_k)分别为起点、终点位置，用纬度、经度、高度形式表示；R为地球半径。

本发明的有益效果：本发明的里程仪初始参数快速计算方法为以惯导姿态航向和里程原始脉冲进行分解推算，根据起点、终点位置变化作为量测量构造方程计算里程仪的刻度系数、航向安装偏角。本发明可应用于陆用惯性/里程组合导航系统，给出了一种里程仪初始参数快速计算方法。方法仅需惯性导航数据、起点和终点位置，不限制行驶路线，单趟3km里程即可同时完成里程刻度系数、航向安装偏角的计算，具有很强的工程适用性，实现简单，计算量小。

附图说明

图1为本发明提供的一种里程仪初始参数快速计算方法的流程框图。

具体实施方式

根据附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种里程仪初始参数快速计算方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤S1、以惯导姿态航向和里程原始脉冲进行分解推算。

步骤S2、根据起点、终点位置变化计算实际位置变化。

步骤S3、根据实际位置变化量测及脉冲分解推算结果计算里程初始参数。

实施例一

导航开始后2.5ms周期，累加里程脉冲增量，用惯性输出推算行驶距离，解算惯性、里程东北天脉冲位置变化等。所有递推参数初始为0。

累加原始里程仪脉冲数并分解推算里程仪东北天脉冲距离。具体里程仪脉冲累加公式如下：

ΣN_od(k)＝ΣN_od(k-1)+N_od(k)；

这里，N_od(k)为第k时刻的里程增量采样值。ΣN_od(k-1)为0至k-1时刻的里程累加值，ΣN_od(k)为0至k时刻的里程累加值。

具体推算惯性行驶东北天距离、里程仪东北天脉冲距离公式如下：

ΔP_INS(k)＝ΔP_INS(k-1)+V_INS×Δt；

这里，Δt为计算时的时间步长；V_INS＝[V_E V_N V_U]^T为惯导速度；D_INS(k-1)、D_INS(k)分别为第k-1、k时刻的惯性行驶里程；ΔP_INS(k-1)、ΔP_INS(k)分别为第k-1、k时刻的惯性行驶东北天距离；N_od(k)为第k时刻的里程增量采样值；为第k时刻的惯导输出的姿态矩阵；为第k时刻东北天脉冲距离的变化量；Δβ_OD(k-1)、Δβ_OD(k)分别为k-1时刻、k时刻的东北天脉冲累加量。

观测矩阵M推算公式如下：

这里，Δt为计算时的时间步长；V_INS为第k时刻的惯导速度；为第k时刻惯性导航的姿态矩阵；DS为第k时刻的东北天里程位置变化；M(k-1)、M(k)分为k-1、k时刻的观测矩阵。

根据起点、终点位置变化计算位置变化向量测，具体计算公式如下：

这里，(L₀,λ₀,h₀),(L_k,λ_k,h_k)分别为起点、终点位置，用纬度、经度、高度形式表示；R为地球半径。

据实际位置变化量测及脉冲分解推算结果计算里程初始参数。具体的计算公式如下：

其中，X＝M(l)^-1×(Δβ_OD(l)×K_od(l)-ΔP)；

这里，l为终点时刻，D_INS(l)为终点时刻惯性行驶里程；∑N_od(l)为终点时刻里程仪脉冲累加量；K_od(l)为未修正的里程刻度系数；是里程刻度系数；ΔP为位置变化向量测；Δβ_OD(l)为终点时刻东北天脉冲累加量；M(l)为终点时刻观测矩阵；X为中间估计值；ψ为航向安装偏角，l为正数。

本发明涉及一种里程仪初始参数快速计算方法。本发明采取的方案为以惯导姿态航向和里程原始脉冲进行分解推算，根据起点、终点位置变化作为量测量构造方程计算里程仪的刻度系数、航向安装偏角。本发明可应用于陆用惯性/里程组合导航系统，给出了一种里程仪初始参数快速计算方法。方法仅需惯性导航数据、起点和终点位置，不限制行驶路线，单趟3km里程即可同时完成里程刻度系数、航向安装偏角的计算，具有很强的工程适用性，实现简单，计算量小。