1.概述
本篇主要介绍基于卡尔曼滤波的标定和约束INS 误差的方法。
对准是使用来自附近参考导航系统的测量,在几秒或者几分钟的时间内,对运动中的的INS 进行初始化、对准以及标定。
准静基座对准是基于INS 相对于地球基本静止这一事实来实现对准 。准静基座粗对准可用于航空或航海级INS
的方位初始化。而在方位大致已知后,可以使用准静基座精对准。
零速修正(ZVU 或者ZUPf),其和准静基座精对准原理同,常用于陆地应用,用来在载体(或人)停止时校正导航参数或者标定INS
误差。当知道载体没有旋转时,也可以使用零角速率修正(zero angular rate update, ZARU) 的方法。
运动约束,也称作非完整约束NHC,则用于研究载体或人运动时的约束,并用其来校正和标定INS 误差,该技术常用于非完整IMU。
2.静态对准
2.1粗对准
2.2精对准
3.零速修正
如果在导航期间,载体或者用户经常静止,则可以采用零速修正(zero velocity update , ZVU )来对INS
继续对准或标定,在这种情况下,由于INS 主要是静止,因此速度测量要比位置测量好。在城区内GNSS 信号比较差的环境, ZVU 尤其有用。ZVU
可以用于没有里程计(里程计可以全时提供速度信息)的陆地车辆导航,可以借助步态检测与PDR 联合 ,也可以用于惯性导航。
对于地面车辆,经常还用水平速度参数进行静止检测。在一个合适的时间窗口内,水平速度与一个阈值进行比较。而对于采用消费级传感器的导航,0.1m/s-0.5m/s 的阈值更加适合。检测阈值也可以根据速度的不确定性而不断变化。
对于陆地车辆而言,由于车辆运动时的加速度可能比较低,因此基于加速度的静止检测要更难一些。但静止时车辆的振动通常很小,因此可以用加速度计测量的标准差,来对基于速度的静止检测做进一步的确认。
如果静止阶段比较长,可以进行多次ZVU ,从而保证惯性传感器的误差标定保持最新,并平均掉残留运动带来的噪声。
4.运动约束
一般的陆地车辆有2
个运动约束,沿车轮的转轴方向,以及路面或轨道面的垂直方向,车辆的速度为零。注意,由于坐标系的转动,零速度并不一定意味着零加速度。以车辆前轮为例,这些约束可以表示为:
L-系非完整性约束NHC方程如下:
其中,v表示车体坐标系v-frame,y方向对应的侧向速度,z方向对应垂向速度。