基于ins2fwmps的室内组合导航系统对准方法研究

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1、万方数据第一章绪论1．2导航系统对准方法概述对准技术是当前导航领域研究的热点问题，是惯性导航与组合导航系统的关键技术之一，其关键作用是准确完善地提供姿态、位置等初始信息，对准方法的品质直接影响导航系统的综合性能。1．2．1惯性导航对准方法分析惯性导航系统是一种基于航迹推算的相对定位方法，在开始导航工作前，需要对其提供一个初始的推算基准，测定和装定一系列初始参数。这个过程称作惯性导航系统的初始对准。对于捷联式惯性导航系统而言，初始对准就是求取载体坐标系与导航坐标系之间的姿态转换关系的过程，因此也可以将其看作是一种坐标系之间的标定。捷联惯导的初始对准方法有很

2、多，特别是随着计算机技术和控制科学的不断发展，初始对准已经成为惯性导航领域人们关注的重点问题之一。按照是否依赖外部基准信息，初始对准分为自主对准和非自主对准，其中自主对准具有自主性、隐蔽性的特点，是未来导航系统发展的方向。如果按照载体所处的状态，可分为静基座和动基座对准。按照控制方式进行划分，可分为纯闭环对准、半闭环对准和纯开环对准。按照对准程度可以分为粗对准阶段和精对准阶段。无论哪种对准方法，都需要解决对准时间和对准精度这一对矛盾的问题，实际中一般以更高的对准精度为准，在此基础上尽量减少对准时间。1．2．2组合导航对准方法分析对于组合导航系统，INS／

3、GPS组合形式是目前最先进的【2】，自上个世纪八十年代以来受到广泛关注【4】【5】。其中GPS的误差有界且不会随时间累积，能够提供长时间精度稳定的信息，缺点则是容易收到周围环境的干扰，并且动态测量性能较差。INS／GPS组合导航根据组合方式的不同，可以分为松耦合、紧耦合等方式，主要差异在于融合算法的输入值，松耦合将二者独立工作的观测量之差进行最优估计，再从惯导输出量中减去；紧耦合则通过估计伪距、伪距率的误差对INS进行输出校正。在松耦合式组合导航系统中，GPS作为基准系统，测量坐标系为地球坐标系，用经纬度表示，具体定义为：所在位置与地心的连线与赤道平面的

4、夹角角度称为纬度，范围为O～90。，并且在北半球称之为北纬，相应南半球为南纬；经度则为南北极点之间的球面弧线与本初子午线之间的夹角角度，其中本初子午线为国际规定，经过英国首都伦敦格林尼治天文台原址的经线，与纬线相似地，经度分2万方数据第一章绪论为东经和西经。INS的测量坐标系为导航坐标系，在进行大地导航时，通常选用当地地理坐标系作为INS的测量坐标系。当地地理坐标系以地理方位的正东、正北、重力垂线方向作为坐标系的三个轴，具体实现可以有“东一北一天”、“北一天一东”等不同的定义方式，需要在测量时事先约定。玳S与GPS的坐标系并不完全一致，但都与地球本身的特

5、征相关，因此在计算过程中可直接将经纬变化转换为地理坐标变化，对准技术原理上与惯性导航相似，这也是INS／GPS组合导航系统能够稳定精确地进行导航工作的基础。1．3室内组合导航系统对准方法现状分析由于GPS定位在室内环境下可靠性差，人们寻找适合室内导航的系统代替GPS，如RSSI定位系统，视觉导航，里程计等等。基于RSSI(ReceivedSignalStrengthInformation)原理定位桫J，需要在室内环境下预先设置一定数量的位置参考基准，并建立完备的位置信息数据库，相当于参考基准提供了全局测量坐标系，其与INS进行组合导航，可以先将参考基准提

6、供的坐标系建立在水平面上，在此基础上尽量调整两水平轴的指向，使得全局坐标系能够与地理坐标系重合或者只差一个水平旋转角，转角大小可以通过水平面中向量在坐标轴的投影计算获得。当无线信号接收模块与INS一同在工作空间中移动，RF信号估算模块与之间的距离，然后配合三角测距来计算在其坐标空间中的具体位置变化，该位置变化与INS推算的航迹结果可视为同在地理坐标系基准下两个子系统的观测结果。常用的RF信号定位系统主要有UltraWideBandtechnology，WaveLAN，RFID等，定位精度可达到厘米级，目前INS／RSSI组合导航的子系统之间关系主要依赖初

7、始参考基准站位置的设置，这对参考基准的设置提出了较高的要求，实际应用大多没有具体的偏差指标，主要依赖后续的数据融合算法，因此二者坐标系之间的关系需要进一步增加耦合程度的方式来确定。视觉导航系统也是常用于室内环境的导航方式，因而也可以和INS构成组合导航系统。视觉导航的核心器件是CCD摄像机，其在工作空间中改变位置时连续获取视野图像信息，通过提取每一帧CCD所采集图像的特征进行匹配，从而估计相邻图像帧的时间间隔内CCD的运动信息。视觉导航系统同INS一样是基于相对定位原理的自主导航系统，因此也需要最初的定位基准，通常选择工作空间中一固定的坐标基准作为世界坐

8、标系，视觉系统工作前需要确定相机本身与该基准的关系。而室内环境下工作空间范围内可