【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及组合导航，尤其涉及一种磁异常场干扰环境下的九轴mems-imu和gnss组合导航方法。
技术介绍
1、针对正常无磁场干扰情形下的mems-imu和gnss组合导航方法，认为环境磁场具有理想的矢量特性，能够连续提供稳定的航向参考。在mems-imu/gnss组合导航中，只将组合导航系统的位置、姿态、航向以及imu传感器的测量误差作为状态量，将磁场测量值以及gnss和mems-imu的位置差作为观测量，并采用卡尔曼滤波或改进算法进行解算。
2、然而，现有技术主要聚焦于mems-imu和gnss观测信息的组合问题，把mems-imu非常依赖的地磁场做了过于理想的假设，这使得低成本的mems-imu/gnss组合导航系统位于具有明显磁异常干扰的环境中时，地磁场的指向性将不再稳定，航行参考价值大大下降，组合导航的航向估计误差会快速增大，甚至导致导航系统失效。
技术实现思路
1、为解决上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种磁异常场干扰环境下的九轴mems-imu和gnss组合导航方法，解决了传统同类型组合导航系统在磁异常干扰下航向失准的问题，提高了组合导航解算的准确性。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种磁异常场干扰环境下的九轴mems-imu和gnss组合导航方法，包括以下步骤：
3、步骤s1、系统导航状态进行初始化；
4、步骤s2、利用九轴mems-imu和gnss数据进行导航解算；
6、步骤s4、利用卡尔曼滤波算法对mems-imu与gnss组合导航模型进行状态解算；
7、步骤s5、完成组合导航模型状态解算改正。
8、根据本专利技术的一个技术方案，所述步骤s1中，具体包括：
9、步骤s11、完成位置初始化，设初始位置为(x0,y0,z0)，当所处位置坐标精准已知时，利用已知位置进行初始化；否则利用组合导航系统的gnss接收机进行静态定位，保持gnss天线静止并且定位结果稳定后，利用定位结果进行初始化，则
10、步骤s12、速度初始化，设初始速度为初始时刻保持静止，则
11、步骤s13、完成姿态角初始化，在静止状态下，可利用mems-imu三轴加速度计的输出进行姿态角计算，设载体坐标系下三轴加速度计的输出为则：
12、
13、
14、其中，g表示重力加速度，g＝9.8m/s2；
15、步骤s14、完成航向角初始化，假定初始位置无磁异常干扰，三轴磁力计在载体坐标系下的输出为利用已得到的俯仰角θ0和横摇角对其进行转换，
16、
17、
18、其中，和表示地磁场在水平面上的投影，进而可得初始航向角ψ0，
19、
20、其中，α表示当地的磁偏角。
21、根据本专利技术的一个技术方案，所述步骤s2中，具体包括：
22、步骤s21、利用陀螺仪输出角速度计算k-1时刻到k时刻的角增量
23、其中，表示k时刻陀螺仪的输出；bg表示陀螺仪的零偏误差；δt为mems-imu传感器的采样间隔；
24、利用角增量计算k-1时刻到k时刻的姿态四元数变化
25、其中，表示陀螺仪在k-1到k时刻的角增量，也称为旋转矢量，表示的模；
26、进行姿态四元数的更新，
27、
28、其中，和分别表示k时刻和k-1时刻从b系到n系的姿态四元数，表示从k-1时刻到k时刻的姿态四元数变化，由陀螺仪输出的角速度计算得到；
29、利用姿态四元数进行姿态和航向角的计算，令可得，
30、
31、其中，θk、φk和ψk分别表示k时刻的俯仰角、横摇角和航向角；
32、步骤s22、利用姿态四元数将载体坐标系下的角速度矢量转换到导航坐标系下，
33、
34、其中，表示k时刻加速度计输出，表示加速度计零偏误差，表示k时刻n系下的加速度，
35、
36、其中，gn＝[0 0 -9.8]t m/s2表示n系下的重力加速度，
37、
38、其中，和分别为k时刻和k-1时刻的速度；
39、步骤s23、完成位置更新，
40、
41、其中，和分别为k-1时刻和k时刻的空间位置，将表示为对于惯性导航系统，通常高度数据由气压计提供；
42、步骤s24、利用gnss接收的gnss星历数据进行卫星位置计算，利用伪随机噪声码进行卫星和接收机之间距离的计算，进而采用距离交会方法计算组合导航系统的位置
43、根据本专利技术的一个技术方案，所述步骤s3中，包括：
44、步骤s31、建立包含磁异常的组合导航系统状态向量，具体包括：
45、构建18维状态向量，包含mems-imu的15维状态误差量，包括姿态和航向角误差速度误差[δve δvn δvu]，位置误差[δl δλ δh]，陀螺零偏[εx εy εz]，加速度计零偏以及三维磁异常场[bx by bz]，则有：
46、
47、步骤s32、利用三次样条方法进行磁异常建模，具体包括：设当前时刻为k，利用k-n到k-1时刻的长度为n的磁异常序列进行三次样条建模，将导航坐标系下三维磁异常场序列表示为：
48、
49、利用三次样条函数分别对bx、by、bz进行建模，并利用该模型预测当前时刻的磁异常矢量
50、计算磁异常预测更新矩阵用于在状态方程中进行磁异常矢量场的时间预测更新，
51、
52、并且，
53、
54、步骤s33、进行状态向量时间更新，状态方程的离散形式如下：
55、xk＝φk,k-1xk-1+γk-1wk (18)
56、其中，
57、
58、其中，i和0分别表示3×3的单位阵和全零矩阵，
59、
60、w＝[ωg,x ωg,y ωg,z ωa,x ωa,y ωa,z]t (21)
61、步骤s34、利用地磁场观测量和gnss位置进行量测更新，设计观测向量为：
62、
63、其中，为mems-imu直接测得的载体坐标系下的磁场，δl和δλ分别表示mems-imu解算的经度、纬度与gnss接收机定位得到的经度、纬度之差，则观测方程形式为，
64、z＝h(x+a)+v′ (23)
65、其中，
66、
67、令
68、v＝ha+v′。 (25)
69、根据本专利技术的一个技术方案，所述步骤s4中，利用卡尔曼滤波算法对由式(18)和式(22)组本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磁异常场干扰环境下的九轴MEMS-IMU和GNSS组合导航方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的磁异常场干扰环境下的九轴MEMS-IMU和GNSS组合导航方法，其特征在于，所述步骤S1中，具体包括：
3.根据权利要求1所述的磁异常场干扰环境下的九轴MEMS-IMU和GNSS组合导航方法，其特征在于，所述步骤S2中，具体包括：
4.根据权利要求3所述的磁异常场干扰环境下的九轴MEMS-IMU和GNSS组合导航方法，其特征在于，所述步骤S3中，包括：
5.根据权利要求4所述的磁异常场干扰环境下的九轴MEMS-IMU和GNSS组合导航方法，其特征在于，所述步骤S4中，利用卡尔曼滤波算法对由式(18)和式(22)组成的组合导航模型进行状态解算，具体包括：
6.根据权利要求5所述的磁异常场干扰环境下的九轴MEMS-IMU和GNSS组合导航方法，其特征在于，所述步骤S5中，具体包括：
7.一种电子设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器、一个或多个存储器、以及一个或多个计算机程序；其中，处理器
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，实现如权利要求1至6中任一项所述的磁异常场干扰环境下的九轴MEMS-IMU和GNSS组合导航方法。
...【技术特征摘要】
1.一种磁异常场干扰环境下的九轴mems-imu和gnss组合导航方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的磁异常场干扰环境下的九轴mems-imu和gnss组合导航方法，其特征在于，所述步骤s1中，具体包括：
3.根据权利要求1所述的磁异常场干扰环境下的九轴mems-imu和gnss组合导航方法，其特征在于，所述步骤s2中，具体包括：
4.根据权利要求3所述的磁异常场干扰环境下的九轴mems-imu和gnss组合导航方法，其特征在于，所述步骤s3中，包括：
5.根据权利要求4所述的磁异常场干扰环境下的九轴mems-imu和gnss组合导航方法，其特征在于，所述步骤s4中，利用卡尔曼滤波算法对由式(18)和式(22)组成的组合导航模型进行状态...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹国际，万程程，孟斌，董启甲，马文聪，吉扬蕾，张晓敏，王惠正，王宇丰，王金亮，李丽娜，
申请(专利权)人：航天恒星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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