一種gnss和mems組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的氣壓計(jì)在線校正方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種MEMS氣壓計(jì)的實(shí)時(shí)校正方法，特別的涉及一種應(yīng)用在GNSS和MEMS 組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的氣壓計(jì)實(shí)時(shí)校正方法。
【背景技術(shù)】
[0002] GNSS衛(wèi)星接收機(jī)通過(guò)捕獲、跟蹤多個(gè)衛(wèi)星的信號(hào)，從信號(hào)中解調(diào)衛(wèi)星軌道參數(shù)、星 載原子鐘模型等導(dǎo)航電文數(shù)據(jù)，計(jì)算某一時(shí)刻的衛(wèi)星位置、速度和時(shí)間參數(shù)，最后綜合衛(wèi)星 信號(hào)測(cè)量值估計(jì)出接收機(jī)(即用戶）的位置和速度。但是衛(wèi)星信號(hào)容易受到接收機(jī)所處環(huán)境 因素，如高樓、峽谷、樹(shù)木、隧道等的遮擋，影響定位結(jié)果的可用度。
[0003] 因?yàn)閼T性導(dǎo)航的特性與衛(wèi)星導(dǎo)航有很好的互補(bǔ)性，所以慣性器件與GNSS的組合導(dǎo) 航系統(tǒng)是一種重要的導(dǎo)航解決方法，MEMS技術(shù)的高度發(fā)展，GNSS/MEMS傳感器組合導(dǎo)航系統(tǒng) 更廣泛的應(yīng)用成為可能。其中MEMS氣壓計(jì)是組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的一個(gè)重要傳感器。
[0004] MEMS氣壓計(jì)在GNSS/MEMS組合導(dǎo)航系統(tǒng)中可以作為氣壓高度計(jì)來(lái)用，氣壓高度計(jì) 原理是:在地球地表附近的低海拔區(qū)域，環(huán)境中的氣壓會(huì)隨著高度變高而變小，這種變化的 規(guī)律滿足一定的函數(shù)關(guān)系，該變化關(guān)系為一個(gè)函數(shù)：
[0005]
[0006] 其中P〇為海平面氣壓，也即基準(zhǔn)氣壓，那么在基準(zhǔn)氣壓固定的情況下，得到某一高 度處氣壓值的測(cè)量值P，就可以得到海拔高度的估計(jì)值為：
[0007]
[0008] 然而在實(shí)際情況下，氣壓隨著當(dāng)?shù)氐奶鞖鉅顩r又有不同的變化，所以直接利用氣 壓模型計(jì)算海拔高度就會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。利用外部的校正手段，將隨著天氣變化的模型 誤差歸結(jié)到海平面氣壓值P0的變化上，能從一定程度減少高度估計(jì)的誤差。然而氣壓計(jì)的 一些性能特點(diǎn)又導(dǎo)致在使用時(shí)需要特殊的校正控制方法。
[0009] -般的MEMS氣壓計(jì)對(duì)測(cè)量相對(duì)氣壓變化的精度比較準(zhǔn)確，能達(dá)到IPa左右，對(duì)應(yīng)的 高度變化為〇.lm。在靜止期間相對(duì)氣壓變化的情況如圖3所示。但是如果僅僅在啟動(dòng)是時(shí)候 初始化海平面基準(zhǔn)氣壓值，那么幾個(gè)小時(shí)后隨著期間本身漂移的積累和本地天氣的變化， 這種氣壓估計(jì)值的誤差會(huì)迅速積累，如圖4所示，靜止條件下6個(gè)小時(shí)內(nèi)氣壓高度計(jì)得到高 度變化情況。這兩種因素的聯(lián)合影響導(dǎo)致在靜止的時(shí)候氣壓計(jì)輸出的氣壓值在短短幾個(gè)小 時(shí)內(nèi)變化200Pa，對(duì)應(yīng)的高度變化為20m。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)一種GNSS和 MEMS組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的氣壓計(jì)在線校正方法，使得MEMS氣壓計(jì)在GNSS組合導(dǎo)航中準(zhǔn)確地指 示氣壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是在GNSS和MEMS組合導(dǎo) 航系統(tǒng)中，MEMS氣壓計(jì)如何實(shí)時(shí)校準(zhǔn)誤差。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種GNSS和MEMS組合導(dǎo)航系統(tǒng)中的氣壓計(jì)在線校 正方法，包括如下步驟：
[0012] 步驟1、在衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量可靠時(shí)利用GNSS接收機(jī)估計(jì)高度altGNSS;
[0013] 步驟2、利用上述的高度結(jié)果校正MEMS氣壓計(jì)得到基準(zhǔn)氣壓估計(jì)值PQ_ EST;
[0014] 步驟3、利用公式
[0015]
[0016]計(jì)算高度估計(jì)值。
[0017] 進(jìn)一步地，所述步驟2包括以下步驟：
[0018]步驟2.1、利用衛(wèi)星偽距測(cè)量值殘差，對(duì)其采用絕對(duì)中值偏差的算法穩(wěn)健估計(jì)殘差 的標(biāo)準(zhǔn)差，來(lái)估計(jì)測(cè)量值誤差的標(biāo)準(zhǔn)差；
[0019] 步驟2.2、利用測(cè)量值誤差的標(biāo)準(zhǔn)差和位置誤差之間的比例關(guān)系估計(jì)GNSS接收機(jī) 位置誤差的方差；
[0020] 步驟2.3、利用GNSS接收機(jī)位置誤差的方差估計(jì)基準(zhǔn)氣壓值和基準(zhǔn)氣壓誤差的方 差；
[0021] 步驟2.4、實(shí)時(shí)更新基準(zhǔn)氣壓的誤差水平，并和最新的GNSS高度誤差水平進(jìn)行對(duì) 比，得到基準(zhǔn)氣壓估計(jì)值Po_EST。
[0022] 進(jìn)一步地，所述步驟2.1包括如下步驟：
[0023]步驟2.11、若接收機(jī)位置計(jì)算后的偽距殘差向量為
[0024] prRe s i = [prRe s i1prRe s i 2· · · prRe sin]；
[0025]步驟2.12、偽距測(cè)量值的誤差方差和相應(yīng)的位置誤差方差為：
[0026] varPrRobust=(median(abs(prResi_median(prResi))))
[0027] varA11 = varPrRobus t*HD0P
[0028] 其中abs和median分別為對(duì)向量取絕對(duì)值和中位數(shù)的函數(shù)。
[0029] 進(jìn)一步地，所述步驟2.4包含以下步驟：
[0030] 步驟2.41、在每一個(gè)更新間隔的期間，GNSS接收機(jī)通過(guò)MEMS氣壓計(jì)讀取K個(gè)接收機(jī) 附近的氣壓采樣測(cè)量值
[0031] Psample = [PsampleiPsample2 …PsampleK];
[0032] 步驟2.42、對(duì)采樣序列取平均作為該更新歷元的氣壓測(cè)量值：
[0033] PBAR〇=mean(Psample) 〇
[0034] 進(jìn)一步地，若該歷元沒(méi)有進(jìn)行更新，則基準(zhǔn)氣壓值沿用歷史參數(shù)，同時(shí)根據(jù)氣壓計(jì) 的特性放大varPo:
[0035] varPo = varPo+varT 〇
[0036] 進(jìn)一步地，所述varT取值范圍為0.05~0· 1。
[0037] 進(jìn)一步地，所述步驟2.4還包括：
[0038] 步驟2.43、利用6吧3的高度&1丨(^和氣壓計(jì)測(cè)得的平均氣壓?_]對(duì)基準(zhǔn)氣壓?()_哪 進(jìn)行更新，同時(shí)更新其對(duì)應(yīng)的誤差方差：
[0039]
[0040] 針對(duì)MEMS氣壓計(jì)和組合導(dǎo)航系統(tǒng)的需求，本發(fā)明目的在于提供一種利用GNSS定位 結(jié)果的氣壓高度計(jì)在線校正方法，也即基準(zhǔn)氣壓實(shí)時(shí)估計(jì)方法，該方法應(yīng)用于GNSS/MEMS組 合導(dǎo)航系統(tǒng)的高度估計(jì)。
[0041] 本發(fā)明主要分為兩部分:基準(zhǔn)氣壓實(shí)時(shí)更新策略和基準(zhǔn)氣壓計(jì)算。在組合導(dǎo)航系 統(tǒng)定位過(guò)程中，根據(jù)接收機(jī)所處環(huán)境的衛(wèi)星跟蹤狀況、實(shí)際計(jì)算的GNSS高度估計(jì)精度、緩存 基準(zhǔn)氣壓估計(jì)值、緩存基準(zhǔn)氣壓估計(jì)時(shí)間點(diǎn)等信息來(lái)確定是否更新，確?；鶞?zhǔn)氣壓實(shí)時(shí)準(zhǔn) 確估計(jì)。如果GNSS衛(wèi)星接收機(jī)的定位結(jié)果滿足基準(zhǔn)氣壓的更新條件，則選取GNSS衛(wèi)星高度 估計(jì)值alt?ss，另統(tǒng)計(jì)該定位歷元一秒時(shí)間內(nèi)氣壓計(jì)的平均值Pbarci，利用公式計(jì)算基準(zhǔn)氣壓 值P〇,其估計(jì)值記為Pq_est
[0042]
[0043] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):結(jié)合了GNSS接收機(jī)高度估計(jì)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)偏和MEMS氣壓計(jì)短時(shí)間相對(duì) 穩(wěn)定的特點(diǎn)，利用在衛(wèi)星信號(hào)狀況好的情況下利用衛(wèi)星接收機(jī)估計(jì)的高度估計(jì)當(dāng)?shù)氐幕鶞?zhǔn) 氣壓Po;在衛(wèi)星信號(hào)差的時(shí)候利用相對(duì)準(zhǔn)確的氣壓計(jì)估計(jì)值估計(jì)高度，從而整體提高組合 導(dǎo)航系統(tǒng)高度估計(jì)的精度。
[0044] 以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說(shuō)明，以 充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說(shuō)明】
[0045] 圖1是本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的GNSS/MEMS組合導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖；
[0046]圖2是本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例的GNSS/MEMS組合高度估計(jì)的基準(zhǔn)氣壓更新策略 圖；
[0047] 圖3是靜止期間相對(duì)氣壓變化的情況圖；
[0048] 圖4是靜止條件下氣壓高度計(jì)得到高度變化情況圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 如圖1所示，GNSS/BAROMETER組合導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖。GNSS衛(wèi)星接收機(jī)通過(guò)GNSS天線 接收機(jī)衛(wèi)星信號(hào)，同時(shí)通過(guò)通用接口接收MEMS傳感器中的氣壓計(jì)的實(shí)時(shí)氣壓測(cè)量值。GNSS 接收機(jī)通過(guò)結(jié)合衛(wèi)星定位的信息和氣壓測(cè)量值，通過(guò)實(shí)時(shí)校正基準(zhǔn)氣壓，提高接收機(jī)高度 的定位精度。
[0050]如圖2所示，GNSS/MEMS組合高度估計(jì)圖。本發(fā)明旨在實(shí)時(shí)更新基準(zhǔn)氣壓估計(jì)值 P〇_EST，用于GNSS/MEMS組