imu惯导随着卫星导航系统及其应用的发展,成为重要的、不可或缺的空间基础设施。不论是“北斗+”还是“+北斗”,imu惯导已经渗透到各个领域,在保障国家安全、推动科技进步、促进经济发展中发挥着不可替代的作用。
在卫星导航系统(GNSS)应用过程中,存在多径效应,信号被遮挡而失锁,只有水平、高程定位信息,无法观测载体姿态等弱点。而通过与惯性测量单元(IMU)的融合,imu惯导可以弥补卫星导航定位的缺陷,有效解决了GNSS定位过程中的问题,让复杂条件下的精准导航、定位成为现实。
惯性测量单元(IMU)通常由三轴陀螺仪、三轴加速度计和导航解算系统集合而成,用于测量物体的三个轴向的角速度和加速度,通过积分即可获得物体在三维空间的运动速度和轨迹。惯性测量单元具有不依赖外界信息、短期精度高、能稳定高频地输出信号等优点,可以实现全天候,全地点工作。但由于采用积分算法,也存在定位误差随载体运行不断累积的缺点。
根据应用场景的不同,除了精度以外,载体对于产品的侧重点不尽相同。
领域对于可靠性要求较高,同时根据其用途,还对产品的抗冲击能力,抗高过载能力,环境温度等指标提出更高的要求。航天领域,如卫星、空间站等航天器发射升空后,不可更换或维修,因此对于产品的寿命及稳定性要求最高。航空,轨道交通,航海等领域对产品的即时定位精度要求高,且要求连续工作时间长。民用领域对于产品的性价比要求较高,如车辆导航,室内定位,无人机,自动驾驶等。
GNSS-imu惯性导航系统,充分考量两种定位导航方式中的优缺点,利用GNSS产生的信号进行初始化,通过卡尔曼滤波处理,从而得出其最佳定位信息。
组合方式千千万,耦合算法是关键。按照信息交换或组合程度的不同,分为松耦合和紧耦合。
松耦合:结构简单。在GNSS工作良好时,组合方案输出精度较好,当GNSS受影响而长期不工作时,组合精度急剧下降。紧耦合:动态工作下精度和可靠性更高。即使卫星个数少于4个也可以进行信息融合,通过计算卫星到载体之间的距离及距离变化率与卫星测量信息进行融合,也可以达到修正惯导位置、速度误差的目的,同时在卫星失锁过程中,对接收机钟差进行递推,提高信号恢复后的计算效率。
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