基于多傳感器融合的車(chē)載運(yùn)動(dòng)模型研究

王志杰

摘? 要：本項(xiàng)目旨在通過(guò)誤差補(bǔ)償技術(shù)提高INS單獨(dú)使用過(guò)程中的精度，使車(chē)輛能在慣性導(dǎo)航系統(tǒng)單獨(dú)作用下實(shí)現(xiàn)盡可能久的高精度導(dǎo)航，建立相應(yīng)運(yùn)動(dòng)模型并對(duì)SINS誤差特性進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：多傳感器;旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù);誤差特性分析;Kalman

一、旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)

（一）介紹

對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法的研究中，意識(shí)到誤差急劇發(fā)散的主要原因之一是由對(duì)加速度、角速度的積分操作導(dǎo)致的。由于安裝時(shí)可能引入的安裝誤差，以及載體行駛時(shí)不可避免地在加速度測(cè)量值和角速度上引入噪聲，最終演算結(jié)果與實(shí)際存在極大的誤差。

（二）旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)原理

旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)通過(guò)將安裝在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，利用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng) 進(jìn)行周期性的翻滾、旋轉(zhuǎn)和停位運(yùn)動(dòng)，以改變其常值偏差沿導(dǎo)航坐標(biāo)系的投影形式，進(jìn)而抵消器件誤差對(duì)系統(tǒng)各導(dǎo)航誤差的影響。本文研究過(guò)程中將采用連續(xù)旋轉(zhuǎn)策略，工作方式具備以下兩個(gè)重要優(yōu)勢(shì)：（1）避免了轉(zhuǎn)停過(guò)程中加速度突變對(duì)狀態(tài)方程建模的不利影響。（2）通過(guò)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的的方式，可以將MIMU固定在車(chē)輪上，依附于車(chē)輛固有的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，無(wú)需附加轉(zhuǎn)停器械。

（三）安裝方法

選擇慣性測(cè)量元件：JY61傾角儀6軸加速度計(jì)/陀螺儀模塊

（四）數(shù)據(jù)處理

由圖可見(jiàn)，由于車(chē)輪的旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致x_s、z_s軸的測(cè)量數(shù)值呈現(xiàn)周期性變化，且理論變化范圍是-180度到180度。AngelY可以直接與車(chē)輪旋轉(zhuǎn)角度相關(guān)聯(lián)，且其理論變化范圍是-90度到90度，通過(guò)求任一時(shí)間微元內(nèi)行進(jìn)距離，即可求出任一時(shí)間點(diǎn)車(chē)輛的行駛路程，求路程的關(guān)鍵點(diǎn)在于準(zhǔn)確得到任意時(shí)刻AngleY的相位變化。

二、Kalman濾波仿真

基于SINS誤差解算方程、旋轉(zhuǎn)調(diào)制技術(shù)思想，本文以速度、位置、姿態(tài)建立9維狀態(tài)量，通過(guò)kalman濾波技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)與角速度測(cè)量數(shù)據(jù)的的融合，取得了較優(yōu)的測(cè)量結(jié)果。

模擬環(huán)境如下：（1）車(chē)輛以加速度向東向作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng);（2）加速度計(jì)陀螺儀安裝在車(chē)輪內(nèi)側(cè)，安裝點(diǎn)距車(chē)軸0.5m;（3）初始狀態(tài)下加速度計(jì)陀螺儀三軸指向與導(dǎo)航系（東北天坐標(biāo)系）重合;（4）系統(tǒng)噪聲為方差的白噪聲，量測(cè)噪聲為方差的白噪聲。（5）模擬時(shí)長(zhǎng)為2000s;

運(yùn)行結(jié)果如下：

圖中，灰色曲線(xiàn)為速度理論值，藍(lán)色曲線(xiàn)為未作濾波處理組的速度計(jì)算值，紅色曲線(xiàn)為經(jīng)kalman濾波組的速度計(jì)算值。

真實(shí)值（灰色曲線(xiàn)）與kalman濾波預(yù)測(cè)值（紅色曲線(xiàn)）間差距很小，旋轉(zhuǎn)調(diào)制數(shù)據(jù)經(jīng)由kalman濾波處理后與真實(shí)值差距很小;反觀圖1可以看到，當(dāng)導(dǎo)航持續(xù)1000s時(shí)，真實(shí)值速度增加至500m/s，而僅做旋轉(zhuǎn)調(diào)制未做kalman濾波處理的對(duì)比組速度增加至335.9m/s，與真實(shí)值存在極大沖突。

參考文獻(xiàn)

[1]? 劉建業(yè).導(dǎo)航系統(tǒng)理論與應(yīng)用.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社.2010.3

[2]? 王秋瀅.船用調(diào)制型慣性導(dǎo)航及其組合導(dǎo)航技術(shù).北京：國(guó)防工業(yè)出版社.2017.3