一种用于室外移动目标的组合导航系统

摘要

本发明一种用于室外移动目标的组合导航系统，属于组合导航系统领域，特别涉及用于室外移动目标采用多个传感器组合导航领域。组合导航系统主要由偏振光传感器、GPS、里程计、数据采集和信息处理电路和信息处理算法组成。导航处理机由核心处理器、ROM、RAM、DSP组成，导航处理机子系统将偏振光传感器子系统，GPS子系统和里程计子系统输出的数据进行处理和信息融合，之后输出室外移动目标的位置、航向信息。本发明中偏振光传感器仅仅依赖于外部稳定的偏振光分布模式，导航信息误差不随时间增加而增加，为室外移动目标的组合导航提供了新的选择。

主权项

一种用于室外移动目标的组合导航系统，其特征在于：由导航处理机子系统(4)将偏振光传感器子系统(1)，GPS子系统(2)和里程计子系统(3)输出的数据进行处理和信息融合，之后输出室外移动目标的位置、速度信息；采用速度和位置的组合方式，用里程计与偏振光传感器、GPS输出的位置和速度信息作为量测值，经卡尔曼滤波，估计里程计的误差，然后对里程计进行校正；里程计子系统(3)包括光电编码器和单片机，输出接口为RS232，导航处理机子系统(4)由用于控制和采集传感器数据的核心处理器(7)、ROM(12)、RAM(13)和用于导航计算的DSP(5)组成；核心处理器(7)通过UART串口采集GPS子系统(1)、偏振光传感器子系统(2)和里程计子系统(3)的数据；核心处理器(7)将采集到的数据通过DSP(5)的HPI口(6)传送给DSP(5)进行导航计算；核心处理器(7)通过JTAG接口(8)进行调试；LCD(10)为显示控制界面；USB(11)用于存储传感器数据；导航处理机子系统(4)在对信息进行处理时采用了卡尔曼滤波(15)，将GPS子系统(1)与里程计子系统(3)的位置信息进行卡尔曼滤波(15)得到处理后的位置信息(30)；将偏振光传感器子系统(2)与里程计子系统(3)的角度信息进行卡尔曼滤波得到处理后的位置信息(30)的角度；利用卡尔曼滤波(15)融合里程计子系统(3)和偏振光传感器子系统(2)数据，状态向量取为：X＝[θωd]T    (1)系统的状态方程为：Xk+1＝Φk+1/kXk+ГkWk    (2)系统的量测方程为：Zk＝HkXk+Vk    (3)融合卡尔曼滤波方程为：Xk+1/k＝Φk+1/kXk/k P k + 1 / k = Φ k + 1 / k P k / k Φ k + 1 / k T + Q K = P k + 1 / k H k T ( H k P k + 1 / k H k T + R ) - 1 Xk+1/k+1＝Xk+1/k+K(Zk‑HkXk+1/k)    (4)GPS与里程计进行组合时，系统状态变量选取为：X＝[x y vx vy]T    (5)系统的状态方程为：Xk+1＝Φk+1/kXK+ГkWk    (6)式中ωg为偏振光传感器的角速度，Φk+1/k是tk时刻到tk+1时刻的状态转移矩阵，表达式见式(4)；β是里程计校正系数；Wk是协方差为Q的系统高斯白噪声矩阵；Гk是系统噪声矩阵的驱动矩阵，Hk为系统量测矩阵，本系统中为I；Vk是协方差为R的系统量测噪声矩阵，P为误差协方差矩阵；K为卡尔曼增益矩阵；通过公式(4)，计算出移动目标的当前航向角θ和位置坐标(x y vx vy)。