GPS延迟时间在线补偿方法、装置、电子设备和存储介质制造方法及图纸

本申请公开了一种GPS延迟时间在线补偿方法、装置、电子设备和存储介质。所述在线补偿方法包括：采集IMU的状态数据和时间戳以及GPS的状态数据和时间戳；根据IMU的状态数据和时间戳确定GPS理论值，根据GPS的状态数据和时间戳确定GPS观测值，由GPS观测值和GPS理论值的差值得到GPS的残差模型，然后通过对残差模型进行滤波处理在线估算出GPS的时间延迟量；根据所述GPS的时间延迟量补偿所述GPS的时间戳，并更新所述GPS的状态数据。通过上述方案，能够在线精确估算出GPS数据的延迟时间，使得GPS和IMU组合导航系统的解算精度更高。

【技术实现步骤摘要】
GPS延迟时间在线补偿方法、装置、电子设备和存储介质
本申请涉及组合导航
，具体涉及一种GPS延迟时间在线补偿方法、装置、电子设备和存储介质。
技术介绍
现有技术中经常将GPS(NavigationSatelliteTimingAndRangingGlobalPositionSystem，即导航星测时与测距全球定位系统”，简称全球定位系统)和IMU(InertialMeasurementUnit，即惯性测量单元)进行组合应用于导航系统中，其中，IMU是测量物体三轴姿态角以及加速度的装置。该组合导航在进行状态估计时，使用外界观测信息进行状态更新，需要将观测信息与状态传播后的信息时间戳对准，在其它条件不变的情况下，时间戳对的越准，其状态估计的精度越高。现有组合导航中，高端GPS可以使用GPS模块的PPS(PulsePerSecond，即每秒脉冲数)信号，精准测量GPS数据延迟时间，其组合导航流程框图参见图5，然而消费级或民用廉价系统无法承受其昂贵的价格。低端GPS(如消费级无人机GPS)中通常不会有PPS信号输出，所以，一般会在组合导航中设定一个预设先验值作为GPS数据延迟时间差，后续在组合导航运算中使用，其组合导航流程框图参见图6，然而该预设先验值一般并不准确，而且，如果GPS延迟时间随时间变化，将更加无法解决延迟时间差带来的问题。申请内容鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种GPS延迟时间在线补偿方法、装置、电子设备和存储介质。依据本申请的一个方面，提供了一种GPS延迟时间在线补偿方法，用于GPS和IMU的组合导航系统，所述在线补偿方法包括：采集IMU的状态数据和时间戳以及GPS的状态数据和时间戳；根据所述IMU的状态数据和时间戳确定GPS理论值，根据所述GPS的状态数据和时间戳确定GPS观测值，由所述GPS观测值和所述GPS理论值的差值得到GPS的残差模型，然后通过对所述残差模型进行滤波处理在线估算出GPS的时间延迟量；根据所述GPS的时间延迟量补偿所述GPS的时间戳。可选的，所述IMU的状态数据至少包括如下的至少一项或几项：IMU位移、IMU速度、IMU从世界坐标系到机体坐标系的旋转四元数、IMU加速度计偏差和IMU陀螺仪偏差和GPS时间延迟量；所述GPS的状态数据至少包括如下的一项或几项：GPS位移和GPS速度。可选的，所述根据所述IMU的状态数据和时间戳确定GPS理论值，根据所述GPS的状态数据和时间戳确定GPS观测值，由所述GPS观测值和所述GPS理论值的差值得到GPS的残差模型，然后通过对所述残差模型进行滤波处理在线估算出GPS的时间延迟量包括：建立IMU的状态数据关于时间延迟量的IMU数据模型，并将该IMU数据模型作为GPS理论值；将采集的GPS的状态数据作为GPS观测值；求取所述GPS观测值与所述GPS理论值的差值得到残差模型；利用状态估计滤波框架对所述残差模型进行滤波处理，从而估算出GPS的时间延迟量。可选的，所述状态估计滤波框架为如下的任一种：误差状态卡尔曼滤波框架、扩展卡尔曼滤波框架、无迹卡尔曼滤波框架、粒子滤波框架或非线性优化框架。可选的，所述建立IMU的状态数据关于时间延迟量的IMU数据模型，并将该IMU数据模型作为GPS理论值包括：根据GPS的真实时间戳和读取时间戳以及时间延迟量，建立真实时间戳时采集的IMU速度或IMU位移的数据模型，将上述IMU速度或IMU位移的数据模型作为所述GPS理论值；所述将采集的GPS的状态数据作为GPS观测值包括：将所述读取时间戳时的GPS速度或GPS位移作为GPS观测值；所述求取所述GPS观测值与所述GPS理论值的差值得到残差模型包括：将所述GPS观测值与所述GPS理论值相减即获得所述残差模型。可选的，所述利用状态估计滤波框架对所述残差模型进行滤波处理，从而估算出GPS的时间延迟量包括：对所述残差模型对所述状态数据求偏导，获得速度或位移的所述残差模型对所述IMU状态数据量的雅可比矩阵，其中包含时间延迟量的雅克比矩阵，然后在状态更新周期内利用所述状态估计滤波框架确定出所述时间延迟量。可选的，所述根据所述GPS的时间延迟量补偿所述GPS的时间戳包括：执行状态更新，对所述时间延迟量进行迭代估算，从而得到精确的所述时间延迟量。依据本申请的一个方面，提供了一种GPS延迟时间在线补偿装置，用于GPS和IMU的组合导航系统，所述在线补偿装置包括：状态数据采集单元，适于采集IMU的状态数据和时间戳以及GPS的状态数据和时间戳；延迟时间确定单元，适于根据所述IMU的状态数据和时间戳确定GPS理论值，根据所述GPS的状态数据和时间戳确定GPS观测值，由GPS观测值和GPS理论值的差值得到GPS的残差模型，然后通过对所述残差模型进行滤波处理在线估算出GPS的时间延迟量；延迟时间补偿单元，适于根据所述GPS的时间延迟量补偿所述GPS的时间戳。依据本申请的又一方面，提供了一种电子设备，包括：处理器；以及被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器执行如上述任一所述的方法。依据本申请的再一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被处理器执行时，实现如上述任一所述的方法。由上述可知，本申请公开了一种GPS数据延迟时间的在线补偿方案，包括：采集IMU的状态数据和时间戳以及GPS的状态数据和时间戳；对所述IMU的状态数据和时间戳以及所述GPS的状态数据和时间戳通过滤波处理在线估算出GPS的时间延迟量；根据所述GPS的时间延迟量补偿所述GPS的时间戳，并更新所述GPS的状态数据。通过上述方案，能够在线精确估算出GPS数据的延迟时间，使得GPS和IMU组合导航系统的解算精度更高。上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1示出了根据本申请一个实施例的GPS延迟时间在线补偿方法的流程示意图；图2示出了根据本申请一个实施例的GPS延迟时间在线补偿装置的结构示意图；图3示出了根据本申请一个实施例的电子设备的结构示意图；图4示出了根据本申请一个实施例的计算机可读存储介质的结构示意图；图5示出了现有技术中高端GPS有PPS的组合导航流程示意图；图6示出了现有技术中常规GPS无PPS的组合导航流程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GPS延迟时间在线补偿方法，用于GPS和IMU的组合导航系统，其特征在于，所述在线补偿方法包括：/n采集IMU的状态数据和时间戳以及GPS的状态数据和时间戳；/n根据所述IMU的状态数据和时间戳确定GPS理论值，根据所述GPS的状态数据和时间戳确定GPS观测值，由所述GPS观测值和所述GPS理论值的差值得到GPS的残差模型，然后通过对所述残差模型进行滤波处理在线估算出GPS的时间延迟量；/n根据所述GPS的时间延迟量补偿所述GPS的时间戳。/n

【技术特征摘要】
1.一种GPS延迟时间在线补偿方法，用于GPS和IMU的组合导航系统，其特征在于，所述在线补偿方法包括：
采集IMU的状态数据和时间戳以及GPS的状态数据和时间戳；
根据所述IMU的状态数据和时间戳确定GPS理论值，根据所述GPS的状态数据和时间戳确定GPS观测值，由所述GPS观测值和所述GPS理论值的差值得到GPS的残差模型，然后通过对所述残差模型进行滤波处理在线估算出GPS的时间延迟量；
根据所述GPS的时间延迟量补偿所述GPS的时间戳。


2.如权利要求1所述的在线补偿方法，其特征在于，所述IMU的状态数据至少包括如下的至少一项或几项：IMU位移、IMU速度、IMU从世界坐标系到机体坐标系的旋转四元数、IMU加速度计偏差和IMU陀螺仪偏差和GPS时间延迟量；
所述GPS的状态数据至少包括如下的一项或几项：GPS位移和GPS速度。


3.如权利要求1所述的在线补偿方法，其特征在于，所述根据所述IMU的状态数据和时间戳确定GPS理论值，根据所述GPS的状态数据和时间戳确定GPS观测值，由所述GPS观测值和所述GPS理论值的差值得到GPS的残差模型，然后通过对所述残差模型进行滤波处理在线估算出GPS的时间延迟量包括：
建立IMU的状态数据关于时间延迟量的IMU数据模型，并将该IMU数据模型作为GPS理论值；
将采集的GPS的状态数据作为GPS观测值；
求取所述GPS观测值与所述GPS理论值的差值得到残差模型；
利用状态估计滤波框架对所述残差模型进行滤波处理，从而估算出GPS的时间延迟量。


4.如权利要求3所述的在线补偿方法，其特征在于，所述状态估计滤波框架为如下的任一种：误差状态卡尔曼滤波框架、扩展卡尔曼滤波框架、无迹卡尔曼滤波框架、粒子滤波框架或非线性优化框架。


5.如权利要求3所述的在线补偿方法，其特征在于，所述建立IMU的状态数据关于时间延迟量的IMU数据模型，并将该IMU数据模型作为GPS理论值包括：
根据GPS的真实时间戳和读取时间戳以及时间延迟量，建立真实时间戳时采集的IMU速度或...

【专利技术属性】
技术研发人员：范云飞，
申请(专利权)人：北京三快在线科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11