一种动力学导航的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种动力学导航的方法及系统，包括以下步骤：获取三维加速度计采集数据并滤波形成加速度数据；建立极坐标系并进行NDSS导航数据计算；利用能够获得的点坐标数值进行加速度计误差校正；配置磁偏角传感器进行WDSS导航数据计算；对WDSS导航数据进行误差校正；根据导航距离和场景进行NDSS和WDSS导航参数选择。上述技术方案针对卫星定位系统信号不好的地下或者封闭型建筑物内，通过校准消除采样误差，提高导航灵敏度和精度，确保在卫星信号不佳的环境中达到准确及时的导航效果，成本幅降低，使用器件少，定位精度高。定位精度高。定位精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种动力学导航的方法及系统


[0001]本专利技术涉及导航
，尤其涉及一种动力学导航的方法及系统。

技术介绍

[0002]利用电、磁、光、力学等科学原理与方法，通过测量与空中，地面，陆地，海上等运动物体每时每刻位置有关的参数，从而实现对运动体的定位，并正确地从出点沿着预定的路线，安全、准确、经济地引导到目的地，这种技术就叫导航技术。
[0003]有资料显示，导航技术使用的最主要和常用的方式包括GPS导航和无线电导航GPS卫星导装置是在全球卫星定位系统基础上，是一种能接收定位卫星信号经过微处理器计算出目标物所在的精确经度、纬度及目标物的速度与方向，并显示在显示器上，例如地图导航。但在卫星定位系统信号传递不良的环境中，上述导航装置则无法应用，并且定位精度不够。
[0004]无线电导航通过测量无线电导航台发射信号(无线电电磁波)的时间、相位、幅度包括载体相等导航参量(几何参量)，从而确定运动载体对于导航台的方向、距离、速度以及对运动载体的定位和导航。无线电导航缺点是必须辐射和接收无线电波而易被发现和干扰，需要载体外的导航台支持，一旦导航台失效，与之对应的导航设备无法使用；同时容易发生故障。
[0005]以上两种导航技术均需借助运动载体之外的设备，一旦外在条件不能满足需求，便取法达到预先的导航目的。另外一类导航方式是不需借助外在设备，运动体导航定位的数据仅仅只依靠装在运动体自身上的导航设备就能获取，采用推算原理工作，测得加速度，然后通过对时间进行积分和航向数据实现导航定位的。这种自主导航方式可以弥补运动载体之外的导航设备在不能满足导航需求时，依然可以准确导航。在自主导航的技术中，需要随时掌握并控制载体本身的位置和行驶方向。
[0006]中国专利文献CN104408442A公开了一种“加速度传感器校正的激光雷达的路面类型识别方法及装置”。方法包括：采集固定在车辆上的激光雷达输出的采样点的坐标数据和反射能量数据；根据坐标数据生成直角坐标形式的路面轮廓数据；采集加速度传感器输出的加速度数据，利用该加速度数据对路面轮廓数据或者坐标数据进行校正；对路面轮廓数据进行处理，生成横轴为空间频率、纵轴为空间频率分量的路面轮廓空间频率数据；对路面轮廓空间频率数据进行特征提取，生成路面轮廓特征数据；将路面轮廓特征数据和反射能量数据进行合并处理，生成分类器输入数据；将分类器输入数据输入至经过训练的分类器得到路面分类结果。上述技术方案运用激光雷达存在本身精度问题，同时校正导致存在时间间隔，因此在行驶过程中难以达到准确及时的导航效果。

技术实现思路

[0007]本专利技术主要解决原有的技术方案运用激光雷达存在本身精度问题，同时校正导致存在时间间隔，因此在行驶过程中难以达到准确及时的导航效果的技术问题，提供一种动
力学导航的方法及系统，针对卫星定位系统信号不好的地下或者封闭型建筑物内，通过利用速度为加速度在时间上的积分，和位移为速度在时间上积分的原理，以及三维加速度计的应用，并采用微机取样，将变量离散化，再求和得出数据进行导航，通过校准消除采样误差，提高导航灵敏度和精度，确保在卫星信号不佳的环境中达到准确及时的导航效果，成本幅降低，使用器件少，定位精度高。
[0008]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
[0009]一种动力学导航的方法，包括以下步骤：
[0010]S1获取三维加速度计采集数据并滤波形成加速度数据；
[0011]S2建立极坐标系并进行NDSS导航数据计算；
[0012]S3利用能够获得的点坐标数值进行加速度计误差校正；
[0013]S4配置磁偏角传感器进行WDSS导航数据计算；
[0014]S5对WDSS导航数据进行误差校正；
[0015]S6根据导航距离和场景进行NDSS和WDSS导航参数选择。
[0016]作为优选，所述的步骤S2具体包括：
[0017]S2.1根据场景确定原点和参考方向；
[0018]S2.2从参考方向逆时针旋转至载体所在位置；
[0019]S2.3设定序号i为采样次数，从0,1,2,3，
……
k
‑
1,k进行k次采样；
[0020]S2.4将原点与参考方向的连线和原点与载体所在位置的连线之间的夹角为载体的极角以α(i)表示，载体的行驶方向与参考方向的夹角称为载体航向角θ(i)，航向偏转角微变量为Δθ(i)，载体与原点的连线长度为极半径r，载体的位置由极角和极半径来表示，标定为Pi(αi,ri)；
[0021]S2.5载体的位置由极角和极半径来表示，标定为Pi(αi,ri)，载体从方位Pi(αi,ri)经过一个采样周期ΔT后，行驶到下一个方位P(i+1)[α(i+1),r(i+1)]；
[0022]S2.6形式过程中的三维加速度计上所测得的载体纵向加速度为av(i),横向加速度为ah(i)，矢向加速度为a(i)，纵向速度为Vv(i),横向速度为V h(i),合成矢向速度即载体速度为V(i)，极半径r(i)代表到达第i次采样点时载体与原点的距离。
[0023]作为优选，载体合成矢向加速度a(i)、航向偏转角微变量Δθ(i)和航向角θ(i)的计算具体包括：
[0024][0025][0026][0027][0028]根据三维加速度计报出的纵向加速度a
v
(i)及横向加速度为a
h
(i)，按照公式(1)(2)(3)，求出任何时候的载体合成矢向加速度a(i)、航向偏转角微变量Δθ(i)和航向角θ
(i)，θ(i)是载体航向偏转角微变量Δθ(i)的积累。
[0029]作为优选，所述的极半径：
[0030]r(i)＝ΔTV(i)cosΔθ(i)
[0031][0032][0033]用航向位移纵向微变量Δr
y
代替航向位移变量Δr，简化运算：
[0034][0035][0036]根据一般运动学定律，有：
[0037][0038]略去高阶小量，公式(6)变成：
[0039][0040][0041]根据公式(1.1)
‑
(1.8)，由三维加速度计检测出的载体纵向加速度a
v
(i)及横向加速度为a
h
(i)，得到全部导航需要的运动学参数。
[0042]作为优选，所述的考虑微变量条件下，有a(i)＝a
v
(i)，任何时刻载体的极坐标位置按照下列方程组累计求得：
[0043][0044][0045][0046]其中,采样周期为采样频率的倒数，
[0047]载体运动航向角θ为：
[0048][0049]载体位置极半径r为：
[0050][0051]载体在各个采样位置坐标的极角为：α
k
[0052]考虑微变量性质，推导如下：
[0053][0054][0055]在第k次采样得到载体位置坐标P本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动力学导航的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1获取三维加速度计采集数据并滤波形成加速度数据；S2建立极坐标系并进行NDSS导航数据计算；S3利用能够获得的点坐标数值进行加速度计误差校正；S4配置磁偏角传感器进行WDSS导航数据计算；S5对WDSS导航数据进行误差校正；S6根据导航距离和场景进行NDSS和WDSS导航参数选择。2.根据权利要求1所述的一种动力学导航的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：S2.1根据场景确定原点和参考方向；S2.2从参考方向逆时针旋转至载体所在位置；S2.3设定序号i为采样次数，从0,1,2,3，
……
k
‑
1,k进行k次采样；S2.4将原点与参考方向的连线和原点与载体所在位置的连线之间的夹角为载体的极角以α(i)表示，载体的行驶方向与参考方向的夹角称为载体航向角θ(i)，航向偏转角微变量为Δθ(i)，载体与原点的连线长度为极半径r，载体的位置由极角和极半径来表示，标定为Pi(αi,ri)；S2.5载体的位置由极角和极半径来表示，标定为Pi(αi,ri)，载体从方位Pi(αi,ri)经过一个采样周期ΔT后，行驶到下一个方位P(i+1)[α(i+1),r(i+1)]；S2.6形式过程中的三维加速度计上所测得的载体纵向加速度为av(i),横向加速度为ah(i)，矢向加速度为a(i)，纵向速度为Vv(i),横向速度为V h(i),合成矢向速度即载体速度为V(i)，极半径r(i)代表到达第i次采样点时载体与原点的距离。3.根据权利要求2所述的一种动力学导航的方法，其特征在于，载体合成矢向加速度a(i)、航向偏转角微变量Δθ(i)和航向角θ(i)的计算具体包括：航向偏转角微变量Δθ(i)和航向角θ(i)的计算具体包括：航向偏转角微变量Δθ(i)和航向角θ(i)的计算具体包括：航向偏转角微变量Δθ(i)和航向角θ(i)的计算具体包括：航向偏转角微变量Δθ(i)和航向角θ(i)的计算具体包括：根据三维加速度计报出的纵向加速度a
v
(i)及横向加速度为a
h
(i)，按照公式(1)(2)(3)，求出任何时候的载体合成矢向加速度a(i)、航向偏转角微变量Δθ(i)和航向角θ(i)，θ(i)是载体航向偏转角微变量Δθ(i)的积累。4.根据权利要求2所述的一种动力学导航的方法，其特征在于，极半径：r(i)＝ΔTV(i)cosΔθ(i)r(i)＝ΔTV(i)cosΔθ(i)
用航向位移纵向微变量Δr
y
代替航向位移变量Δr，简化运算：ΔVi＝V(i)
‑
V(i
‑
1)＝a(i
‑
1)ΔTV(i)＝V(i
‑
1)+ΔViV(i)＝V(i
‑
1)+a(i
‑
1)ΔT
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1.5)V0＝0V(1)＝V0+a(0)ΔTV(2)＝V(1)+a(1)ΔT＝V0+a(0)ΔT+a(1)ΔTV(3)＝V(2)+a(2)ΔT＝V0+a(0)ΔT+a(1)ΔT+a(2)ΔT
……
根据一般运动学定律，有：略去高阶小量，公式(6)变成：公式(6)变成：根据公式(1.1)
‑
(1.8)，由三维加速度计检测出的载体纵向加速度a
v
(i)及横向加速度为a
h
(i)，得到全部导航需要的运动学参数。5.根据权利要求4所述的一种动力学导航的方法，其特征在于，考虑微变量条件下，有a(i)＝a
v
(i)，任何时刻载体的极坐标位置按照下列方程组累计求得：任何时刻载体的极坐标位置按照下列方程组累计求得：任何时刻载体的极坐标位置按照下列方程组累计求得：其中,采样周期为采样频率的倒数，载体运动航向角θ为：载体位置极半径r为：载体在各个采样位置坐标的极角为：α
k
考虑微变量性质，推导如下：
在第k次采样得到载体位置坐标P(K)(α(K)，r(K))及航向角通过下列递归计算得出：r(K))及航向角通过下列递归计算得出：r(K))及航向角通过下列递归计算得出：r(K))及航向角通过下列递归计算得出：α(K)是采样第k次时在极角坐标系中的坐标极角度，而θ(K)是载体运动的航向角。6.根据权利要求1所述的一种动力学导航的方法，其特征在于，所述步骤S3进行加速度计误差校正具体为：将误差分配到航向角总误差和极半径的总误差数值两个参数中进行修正，包括纵向加速度平均误差校正在极坐标系统里，载体位置极半径r和平均加速度及行程时间t采样次数n存在下列关系：令即时误差修正量为Δa，则校正后的结果r
′
为：r代表在校正前行程中的极坐标半径，是导航系统计算的结果；r
′
代表完成校正后行程到终点的极坐标半径，是实际完成的行程；是实际完成的行程；令令令载体极半径校正
其中r
k
是导航系统得出的校正前的结果，而r
k
’
是校正后的正确结果，两者之差Δr
k
其中Δr
k
通过正式启用导航系统前所执行的一个闭合校正行程的实验得出，其数值就是校正航程结束时载体和出发点的尚且存在的距离，是...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔德华，黄保家，金浩强，
申请(专利权)人：雷神等离子科技杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：