rt3000惯性gps组合导航系统实现车辆运动高精度测量

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1、RT3000惯性GPS组合导航系统实现车辆运动高精度测量　　摘要：本文以RT3000惯性＼GPS组合导航系统为研究对象，进行了组合导航的技术介绍，介绍了SINS（捷联惯性）/GPS组合导航系统工作原理，采用四元数法进行姿态描述，通过捷联惯性导航计算导航参数，利用卡尔曼滤波进行修正。通过实验发现，在这些技术的支持下，SINS/GPS组合导航系统实现地面车辆的精确导航。关键词：RT3000；SINS＼GPS组合导航；四元数；卡尔曼滤波中图分类号：V249文献标识码：A1惯性/GPS组合导航技术为了获得移动载体的实时位置和姿态信息，已经提出和采

2、用了多种导航方式。其中，以惯性导航系统（InertialNavigationSystem，INS）和全球卫星导航系统（以GlobalPositioningSystem，GPS为典型代表）应用最为广泛。INS不仅能够提供载体位置速度参数，还能提供载体的三维姿态参数，是完全自主的导航方式，在航空、航天、航海和陆地等几乎所有领域中都得到了广泛应用。9随着惯性技术与卫星导航定位技术的发展，由GPS/INS不同程度组合而成的定位定姿传感器已成为移动测图系统中确定载体轨迹和平台姿态的重要工具，其中GPS多用于定位而INS则用于测姿。随着城市建设的飞速

3、发展和人民生活水平的日益提高，车辆在人们的生活中起着越来越重要的作用，其发展速度也越来越快。因此，如何有效的对其指挥和管理己成为交通运输和安全管理等部门面临的一个重要问题。由惯性/GPS组成的车载导航系统有着广泛的应用前景。本文重在介绍RT3000惯性＼GPS组合导航系统（以下简称RT3000）以及内部先进技术。2RT300简介RT3000由OxfordTechnicalSolutions公司研发，目的是实时地对车辆，飞机和船只等的运动做高精度的测量。为了获得高精度的测量，RT使用了为战斗机导航系统开发的数学算法。一个由三个加速度计和三个

4、陀螺仪（角速度传感器）组成的惯性传感器组块用来计算所有的输出。当从高级的运动GPS获得的测量数据刷新由惯性传感器导航的位移和速度时，一个WGS-84型捆绑导航算法用来补偿地面的弯曲，旋转和科里奥利加速。采用捷联惯性（SINS）导航方式。9这个独创性的方案使RT3000比只使用GPS的系统具有了一些独特的优势：（1）RT3000有一个很高（100Hz）的刷新率和很宽的带宽；（2）输出可以被访问的反应时间很低，只有3.9ms；（3）所有的输出可以持续被访问，即使GPS中断期间，例如，车辆在桥下行驶时；（4）RT3000可以辨识GPS位置的跳动

5、并忽略它；（5）GPS进行的位置和速度测量中的高频噪声可以被消除；（6）RT3000可以进行许多GPS不能作的测量，例如，加速度，角速率，航向，俯仰，侧倾等。和常规的惯性导航系统不同，RT3000用GPS校正所有的测量值。GPS测量位置，速度和（双天线）航向，但是，通过这些测量，RT3000可以使其它量，如俯仰，侧倾非常精确。当GPS起作用时RT3000进行测量时就没有漂移。标准的RT3000系统可以实时处理数据。实时结果可以通过RS232串口输出，通过10/1000Base-T以太网通过一个UDP无线电广播，和一个选项，CAN总线。输出

6、带有时间的印记并参考GPS时间，1PPS时间同步器可以给不同系统提供很精确的时间同步，惯性测量和GPS时钟同步。内部数据日志使数据可以在任务后再处理。数据可以在盒子里收集，用“ftp”下载，在计算机上处理，也可以通过用户软件查看。3RT3000的SINS＼GPS组合导航系统工作原理9单纯的GPS技术是无法满足汽车导航需要的，因此，必须采用其它技术与GPS进行组合，应用信息融合技术对导航信息进行处理，获得具有高精度和高可靠性的导航信息。而低成本IMU的陀螺仪精度不足以感受地球自转角速率，无法获得航向信息，只能引入外部航向信息，利用GPS所测

7、速度进行匹配对准，或引入其它方位测量方法，如磁航向或双天线GPS定向系统等来获得初始航向信息。SINS（捷联惯性系统）也就是将惯性敏感元件（陀螺仪和加速度计）直接“捆绑”在运载体的机体上，从而完成制导和导航任务的系统。在捷联式惯导中，惯性平台的功能由计算机完成，故有时也称作“数学平台”，它的姿态数据是通过计算得到的。IMU测得机体相对于惯性空间的角速度和加速度，再通过捷联式惯导（SINS）力学编排算法，实时计算导航信息，然后利用SINS算法得到导航参数。卡尔曼滤波对误差进行估计出并校正系统，DSP（数字信号处理器）包含高精度的校正矩阵，可

8、以进行数字抗锯齿滤波器和圆锥积分/划船效应补偿算法，保证了测量精度精确到0.01°。其工作原理如图3。4RT3000内部技术4.1四元数法的姿态描述9姿态描述的四种方法：欧拉角、欧拉轴旋转参数