基于多传感器融合的车载航位推算系统.pdf

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1、94传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2015年第34卷第1期DOI：10．13873／J．1000-9787(2015)01-0094-03基于多传感器融合的车载航位推算系统牟文杰，叶凌云(浙江大学生物医学工程与仪器科学学院，浙江杭州310027)摘要：针对传统车载航位推算(DR)系统单独导航时导航误差随时问迅速累积的问题，提出一种基于多传感器信息融合的低成本车载DR系统。以无迹卡尔曼滤波器(UKF)作为数据融合算法，综合利用里程计、陀螺、加速度计、磁力计和气压计等多种传感器的信息，抑制D

2、R系统的累积误差，以低成本、低精度的传感器实现高精度导航。通过实际的长达12min的道路导航试验，结果表明：导航误差小于总航程的l％，与传统DR系统相比有较大的精度提升。关键词：航位推算；多传感器；无迹卡尔曼滤波；车载导航中图分类号：V249．32文献标识码：A文章编号：1000-9787(2015)01-0094-03VehicularDRsystembasedonmulti-sensorfusionMOUWen-jie，YELing—yun(CollegeofBiomedicalEngineering&InstrumentScience，Zh

3、ejiangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：Aimingatproblemthatnavigationerorsoftraditionalvehiculardeadreckoning(DR)areaccumulatedrapidlywithtime，alow—costvehicularDRsystembasedonmulti—sensorfusionisproposed．UseunscentedKalmanfilter(UKF)asdatafusionalgorithm，informationfr

4、ommultiplesensors，includingodometer，gyroscope，accelerometer，magnetometerandbarometer，arefusedtorestrainaccumulatederol~ofDRsystem，realizehigh—precisenavigationusinglowcost，lowprecisionsensor．Throughrealroadnavigationexperimentfor12min，resultshowsthatnavigationerrorislessthanl

5、％ofthetotaldistance．theprecisionishightimprovedcomparedwithtraditionalDRsystem．Keywords：deadreckoning(DR)；multi—sensor；UKF；vehicularnavigation0引言文提出一种基于多传感器信息融合的3D车载DR系统，以车载航位推算(deadreckoning，DR)系统采集车辆运动无迹卡尔曼滤波器(unscentedKalmanfilter，UKF)作为数据传感器信息进行自主连续的导航，但误差随时间不断累融合算法，综合利用里

6、程计、陀螺、加速度计、磁力计和气压积。]。DR系统通常与GPS进行组合导航，作为GPS计等多种传感器的信息，抑制车载DR系统导航误差的累失效期间的一种补充导航方式。已经有很多文献对车载积，以低成本、低精度的传感器实现高精度导航。DR系统进行研究，提出了很多实现方案。文献[3]中利用1基于多传感器融合的车载DR系统组成单轴陀螺和里程计组成2D车载DR系统，但当车辆行驶在本文提出的DR系统由里程计、单轴陀螺、双轴加速度立交桥和山区道路等高度变化较大的场合时，导航精度将计、三轴磁力计和气压计等传感器组成，如图1所示。双轴会明显下降。文献[4]中利用三轴

7、MEMS加速度计和三轴加速度计水平安装，分别感知轴和Y轴方向的加速度，用MEMS陀螺组成惯性导航系统，但位置误差随时间以三次于计算车辆的水平姿态，包括俯仰角和横滚角。陀螺敏感轴方的速度增长，60S的导航误差将达到150m。文献[5]提与轴平行，用于计算航向角。三轴磁力计分别沿，y，轴出利用里程计、单轴陀螺和双轴加速度计组成3D车载DR安装，感知地磁场方向，结合水平姿态角，同样可求得航向系统，能够有效提高导航精度，但航向角由陀螺积分得到，角。由陀螺积分得到的航向角短期精度高，但误差随时问不最终的位置误差随时间以平方关系增长，通常情况下只能断累积，而

8、磁力计计算得到的航向角误差随时间相对稳定，保证短时间的定位精度。融合两者的信息以得到短期和长期高精度的航向角。为降低车载DR系统导航误差