基于多传感器融合的车载运动模型研究

王志杰

摘  要：本项目旨在通过误差补偿技术提高INS单独使用过程中的精度，使车辆能在惯性导航系统单独作用下实现尽可能久的高精度导航，建立相应运动模型并对SINS误差特性进行分析。

关键词：多传感器;旋转调制技术;误差特性分析;Kalman

一、旋转调制技术

（一）介绍

对传统数据处理方法的研究中，意识到误差急剧发散的主要原因之一是由对加速度、角速度的积分操作导致的。由于安装时可能引入的安装误差，以及载体行驶时不可避免地在加速度测量值和角速度上引入噪声，最终演算结果与实际存在极大的误差。

（二）旋转调制技术原理

旋转调制技术通过将安装在旋转机构上，利用旋转机构带动 进行周期性的翻滚、旋转和停位运动，以改变其常值偏差沿导航坐标系的投影形式，进而抵消器件误差对系统各导航误差的影响。本文研究过程中将采用连续旋转策略，工作方式具备以下两个重要优势：（1）避免了转停过程中加速度突变对状态方程建模的不利影响。（2）通过连续旋转的的方式，可以将MIMU固定在车轮上，依附于车辆固有的旋转机构，无需附加转停器械。

（三）安装方法

选择惯性测量元件：JY61倾角仪6轴加速度计/陀螺仪模块

（四）数据处理

由图可见，由于车轮的旋转，导致x_s、z_s轴的测量数值呈现周期性变化，且理论变化范围是-180度到180度。AngelY可以直接与车轮旋转角度相关联，且其理论变化范围是-90度到90度，通过求任一时间微元内行进距离，即可求出任一时间点车辆的行驶路程，求路程的关键点在于准确得到任意时刻AngleY的相位变化。

二、Kalman滤波仿真

基于SINS误差解算方程、旋转调制技术思想，本文以速度、位置、姿态建立9维状态量，通过kalman滤波技术实现对加速度计测量数据与角速度测量数据的的融合，取得了较优的测量结果。

模拟环境如下：（1）车辆以加速度向东向作直线运动;（2）加速度计陀螺仪安装在车轮内侧，安装点距车轴0.5m;（3）初始状态下加速度计陀螺仪三轴指向与导航系（东北天坐标系）重合;（4）系统噪声为方差的白噪声，量测噪声为方差的白噪声。（5）模拟时长为2000s;

运行结果如下：

图中，灰色曲線为速度理论值，蓝色曲线为未作滤波处理组的速度计算值，红色曲线为经kalman滤波组的速度计算值。

真实值（灰色曲线）与kalman滤波预测值（红色曲线）间差距很小，旋转调制数据经由kalman滤波处理后与真实值差距很小;反观图1可以看到，当导航持续1000s时，真实值速度增加至500m/s，而仅做旋转调制未做kalman滤波处理的对比组速度增加至335.9m/s，与真实值存在极大冲突。

参考文献

[1]  刘建业.导航系统理论与应用.西安：西北工业大学出版社.2010.3

[2]  王秋滢.船用调制型惯性导航及其组合导航技术.北京：国防工业出版社.2017.3