基于GPS/INS/磁力计多传感器融合的连续定位

发布时间：2021-11-18 22:44

　　许多场景都需要准确的连续定位。全球定位系统（GPS）能提供准确的定位、导航和时间服务,但其信号易受干扰,导致在隧道、地铁和地下停车场等环境中性能下降甚至无法使用的情况,提出了一种基于GPS/INS/磁力计多传感器融合的连续定位方法,在应用磁力计和惯性导航系统（INS）组合室内定位时,磁力计数据可对INS累积误差进行有效校正。室外用GPS定位,当GPS信号较弱时,磁力计和INS的组合信号用于更新定位。为降低GPS信号噪声,采用卡尔曼滤波器对GPS和INS的组合信号进行滤波;针对磁力计易受环境干扰现象,提出一种利用磁力计动态计算和校正航向角的方法。测试结果表明,与未校正的航向角相比,多传感器融合的连续定位方法精度提高了60%,整体定位轨迹误差在2 m以内。 

【文章来源】：传感技术学报. 2020,33(09)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

连续定位方案

由于测量噪声的存在,GPS观测轨迹与载体实际运动轨迹存在一定偏离。轨迹误差如图2所示。图中上面的那条曲线显示的是GPS直接观测值与真实轨迹间的误差,下面曲线为经过卡尔曼滤波后的轨迹与真实轨迹间的误差。不难看出未经过滤波处理的GPS原始信号对应的观测轨迹噪声最大值达到4.5 m,误差相对较大。而经过滤波后的轨迹误差明显减小,最大偏差降低到1.5 m以下。这说明采用卡尔曼滤波对GPS信号噪声进行了有效抑制,使得轨迹更接近载体真实运动轨迹。进一步对比GPS直接观测轨迹和卡尔曼滤波后轨迹的定位误差均值与均方差,计算结果显示:定位误差均值降低约2/3,从原来的1.60 m减小到0.56 m。定位误差均方差也明显减小了,从原来的0.70 m降为0.22 m。卡尔曼滤波后定位误差均值与相关文献[15-17]研究结果处于同一量级,但数值更小些。如文献[15]使用GNSS与地磁组合实现室内外无缝定位,室外使用GNSS定位,定位精度在2 m以内,室外定位误差均值在1 m左右,室内通过地磁定位,在由室外走向室内开始时误差平均值为2 m～3 m,最高精度可达1 m。可见,通过对GPS/INS组合信号进卡尔曼滤波,可将信号噪声大幅降低,提高了定位精度。

B路径下磁力计的三轴输出

【参考文献】：
期刊论文
[1]国内室内定位技术发展现状综述[J]. 闫大禹,宋伟,王旭丹,胡子烨.  导航定位学报. 2019(04)
[2]基于灰色预测模型的GPS/WiFi室内外融合定位方法[J]. 刘家宏,李宝路,杨澜,邱硕冰,李玥.  计算机工程. 2019(09)
[3]基于北斗伪距差分与WiFi的室内外融合定位方法[J]. 关维国,焦萌,孙福明,郝德华,邹林杰.  传感器与微系统. 2019(05)
[4]Vehicle Ego-Localization Based on Streetscape Image Database Under Blind Area of Global Positioning System[J]. 周经美,赵祥模,程鑫,徐志刚,赵怀鑫.  Journal of Shanghai Jiaotong University（Science）. 2019(01)
[5]GNSS/地磁组合的室内外无缝定位平滑过渡方法[J]. 蔡劲,蔡成林,张首刚,蒙萍.  测绘通报. 2018(02)
[6]UKF在INS/GPS直接法卡尔曼滤波中的应用[J]. 杨波,秦永元,柴艳.  传感技术学报. 2007(04)
[7]惯导/里程仪组合导航系统算法研究[J]. 严恭敏,秦永元,马建萍.  计算机测量与控制. 2006(08)

硕士论文
[1]GPS/惯性紧组合导航系统研究[D]. 袁俊刚.南京航空航天大学 2011



本文编号：3503764