一种用于处理gnss/ins组合数据的方法及组合导航系统
技术领域
1.本发明涉及导航领域，尤其涉及一种用于处理gnss/ins组合数据的方法及组合导航系统。
背景技术：2.gnss(global navigation satellite system，全球导航卫星系统)/ins(inertial navigation system，惯性导航系统)组合导航系统能提供高精度的定位、定姿和测速服务，是一种相对成熟的技术。利用好gnss/ins组合特性以及事后特性，能实现全天候、复杂环境下的高精度定位。
3.现有技术中对于gnss/ins组合数据的处理过程通常存在以下问题：第一，gnss/ins组合系统启动前需要进行对准，因此现有的大部分技术对对准阶段的数据采集要求较为严苛，没有严格规范常常会导致对准失败进而无法进入导航状态，或者以错误姿态进入导航后得到错误的估计结果；以无人机为例，初始对准阶段若没有静置对准，或者前进方向和惯导北向不一致的情况下进行动态对准，会得到错误的初始姿态或者对准失败。第二，没有充分利用“事后”的特性进行数据处理，最终影响导航的使用体验感。
技术实现要素：4.为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种用于处理gnss/ins组合数据的方法，其能解决现有技术中对于gnss/ins组合数据的处理过程中对准容易失败以及没有充分利用“事后”的特性进行数据处理，最终影响导航的使用体验感的问题。
5.本发明的目的之二在于提供一种用于处理gnss/ins组合数据的组合导航系统，其能解决现有技术中对于gnss/ins组合数据的处理过程中对准容易失败以及没有充分利用“事后”的特性进行数据处理，最终影响导航的使用体验感的问题。
6.本发明的目的之一采用以下技术方案实现：
7.一种用于处理gnss/ins组合数据的方法，包括以下步骤：
8.接收数据，接收原始gnss/ins组合数据；
9.数据预处理，对所述原始gnss/ins组合数据进行数据预处理，得到已处理gnss/ins组合数据；
10.初始对准判断，判断所述已处理gnss/ins组合数据是否已经完成初始对准，若是，则执行数据解算步骤，若否，则利用所述已处理gnss/ins组合数据进行初始对准后再执行数据解算步骤；
11.数据解算，对已处理gnss/ins组合数据进行解算处理，得到解算结果；
12.优化提升处理，对所述解算结果进行优化提升处理，最终输出最终精度信息。
13.进一步地，所述原始gnss/ins组合数据包括gnss数据和ins数据，所述数据预处理包括：
14.ins数据预处理，读取所述ins数据，并识别所述ins数据中的惯导类型以及数据频
率，对所述ins数据的时间间隔进行判断，检测是否存在数据丢失，判断所述ins数据是否需要数据插值以达成与所述gnss数据的同步；
15.gnss数据预处理，读取所述gnss数据，对所述gnss数据对应的卫星量测值进行粗差检验，利用惯导对所述gnss数据辅助周跳探测与修复。
16.进一步地，利用所述已处理gnss/ins组合数据进行初始对准包括：
17.检测所述原始gnss/ins组合数据对应的载体类型和惯导类型，若所述载体类型为手持模式或所述惯导类型为低精度惯导，执行第一初始对准方案，若所述惯导类型为高精度惯导且所述载体类型不为手持模式，则执行第二初始对准方案；
18.所述第一初始对准方案包括：选择大失准角动态对准方式对组合导航系统进行初始对准；
19.所述第二初始对准方案包括：
20.实时检测目标物体的物体运动状态，若物体运动状态为完全静止状态，则采用解析粗对准方式对组合导航系统进行初始对准；
21.若物体运动状态为抖动状态，采用晃动基座对准方式对组合导航系统进行初始对准；
22.若物体运动状态处于运动状态，采用对地航速辅助对准方式对组合导航系统进行初始对准。
23.进一步地，所述实时检测目标物体的物体运动状态包括：
24.根据预设时间段对应的所述已处理gnss/ins组合数据中ins数据进行晃动基座对准,得到预设时间段的概略姿态；
25.计算所述预设时间段内加计量测值与当地重力的差值、陀螺量测值与地球自转速度的差值，将差值大小分为三个等级：完全静止、抖动、运动；
26.计算所述预设时间段内加计量测值和陀螺量测值的标准差，将所述标准差大小分为三个等级：完全静止、抖动、运动；
27.统计所述预设时间段内所述差值对应等级的占比，根据标准差对应的等级以及所述差值对应等级的占比得到物体运动状态。
28.进一步地，所述数据解算包括：
29.根据目标用户指定的预设解算模式对已处理gnss/ins组合数据进行解算处理，得到解算结果，所述预设解算模式为dgnss解算模式、dgnss/ins松组合解算模式、dgnss/ins紧组合解算模式、dgnss/ins半紧组合解算模式中的一种。
30.进一步地，所述优化提升处理包括：
31.对所述解算结果依次进行rts平滑处理、双向组合处理、多通道处理，从而得到最终精度信息并输出。
32.进一步地，所述最终精度信息包括精度时序图、估计结果时序图、正反向误差图、多通道误差图、gnss误差图与ins误差图。
33.本发明的目的之二采用以下技术方案实现：
34.一种用于处理gnss/ins组合数据的组合导航系统，包括数据预处理模块、初始对准模块、判断模块、解算模块、事后处理模块以及精度输出模块，
35.所述数据预处理模块接收原始gnss/ins组合数据，并对所述原始gnss/ins组合数
据进行数据预处理，得到已处理gnss/ins组合数据；
36.所述判断模块判断组合导航系统是否已经完成初始对准，若是，则将所述已处理gnss/ins组合数据发送至所述解算模块，若否，则将所述已处理gnss/ins组合数据发送至所述初始对准模块；
37.所述初始对准模块利用所述已处理gnss/ins组合数据进行初始对准；
38.所述解算模块对组合导航系统已经完成初始对准后，对已处理gnss/ins组合数据进行解算处理，得到解算结果；
39.所述事后处理模块用于对所述解算结果进行优化提升处理，得到最终精度信息，并将所述最终精度信息发送至所述精度输出模块，所述精度输出模块输出所述最终精度信息。
40.进一步地，还包括系统设置模块，所述系统设置模块用于对所述初始对准模块进行对准模式设置以及接收所述初始对准模块发送的误差信息，所述系统设置模块将所述误差信息发送至所述解算模块用于对已经完成初始对准的已处理gnss/ins组合数据进行解算处理。
41.进一步地，还包括状态检测模块，所述状态检测模块用于实时检测目标物体的物体运动状态，并将所述物体运动状态发送至所述初始对准模块以及所述解算模块。
42.相比现有技术，本发明的有益效果在于：本技术中的一种用于处理gnss/ins组合数据的方法，需要对组合导航系统是否已经完成初始对准进行自主的判断，通过综合惯导类型、载体类型和载体运动模式，自动化选择一个最适合的初始化对准方案，从而实现对组合导航系统的自动化对准，进而对已经完成初始对准的已处理gnss/ins组合数据进行解算处理并进行优化提升处理，充分利用了事后特性进行优化提升处理，保证了对准的成功性从而提升了导航的使用体验感。
43.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
44.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
45.图1为本发明中一种用于处理gnss/ins组合数据的方法的流程示意图；
46.图2为本发明中一种用于处理gnss/ins组合数据的组合导航系统的数据流向示意图。
具体实施方式
47.下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
48.如图1所示，本技术中的一种用于处理gnss/ins组合数据的方法，包括以下步骤：
49.接收数据，接收原始gnss/ins组合数据。在本实施例中原始gnss/ins组合数据包
括gnss数据和ins数据，gnss数据为全球导航卫星系统发送的数据；ins数据为惯性导航系统发送的数据。
50.数据预处理，对原始gnss/ins组合数据进行数据预处理，得到已处理gnss/ins组合数据。具体包括：
51.ins数据预处理，读取ins数据，并识别ins数据中的惯导类型以及数据频率，对ins数据的时间间隔进行判断，检测是否存在数据丢失，判断ins数据是否需要数据插值以达成与gnss数据的同步；
52.gnss数据预处理，读取gnss数据，对gnss数据对应的卫星量测值进行粗差检验，利用惯导对gnss数据辅助周跳探测与修复。
53.初始对准判断，判断组合导航系统是否已经完成初始对准，若是，则执行数据解算步骤，若否，则利用已处理gnss/ins组合数据进行初始对准后再执行数据解算步骤。在本实施例中，利用已处理gnss/ins组合数据进行初始对准具体为：先设定载体类型和惯导类型，本实施例中载体类型为手持模式、车载模式或无人机模式，惯导类型为低精度惯导或高精惯导。然后检测原始gnss/ins组合数据对应的载体类型和惯导类型，若载体类型为手持模式或所述惯导类型为低精度惯导，执行第一初始对准方案，若惯导类型为高精度惯导且所述载体类型不为手持模式，则执行第二初始对准方案；第一初始对准方案包括：选择大失准角动态对准方式对组合导航系统进行初始对准；第二初始对准方案包括：时检测目标物体的物体运动状态，若物体运动状态为完全静止状态，则采用解析粗对准方式对组合导航系统进行初始对准；若物体运动状态为抖动状态，采用晃动基座对准方式对组合导航系统进行初始对准；若物体运动状态处于运动状态，采用对地航速辅助对准方式对组合导航系统进行初始对准。在初始对准完成时能够得到合格的初始姿态，并大致标定惯导的误差信息，此处的误差信息用于后续解算步骤中。对于上述对准模式的选择进行如下解释说明：(1)对于低精度惯导，由于无法敏感地球自转，只能通过动态对准获得初始姿态，而其中大失准角模式对惯导精度不做要求，可以有效地帮助惯导获得初始姿态并大致标定惯导误差；同时大失准角模式不关注前进方向是否与惯导方向一致，也非常适合手持模式。(2)当满足惯导精度高、静置时长足够、干扰小的条件时，静态解析对准能获得较好效果；(3)当惯导处于抖动时，晃动基座对准能获得更好的效果。(4)当载体速度足够时，gnss速度误差对速度的占比下降，求得的对地航向精度较高，此时用对地航速辅助对准。在本实施例中。在初始化对准后，若获得的初始姿态仅为可用状态，通过事后多通道平滑，也即是反复滤波，通过正反向的状态传递进一步收敛，可得到开始时刻高精度的初始姿态。
54.优选地，实时检测目标物体的物体运动状态包括：
55.根据预设时间段对应对已处理gnss/ins组合数据中ins数据进行晃动基座对准,得到预设时间段的概略姿态；
56.计算预设时间段内加计量测值与当地重力的差值、陀螺量测值与地球自转速度的差值，将差值大小分为三个等级：完全静止、抖动、运动；
57.计算预设时间段内加计量测值和陀螺量测值的标准差，将标准差大小分为三个等级：完全静止、抖动、运动；统计预设时间段内差值对应等级的占比，根据标准差对应的等级以及差值对应等级的占比得到物体运动状态。此步骤具体为：
58.首先计算所述预设时间段内每个历元加速度计量测值与当地重力的差值dv、陀螺
量测值与地球自转速度的差值dw，根据惯导精度信息和3sigma原则设置两种差值对应完全静止θ1、抖动θ2、两种状态的阈值。完全静止时，应同时满足和抖动时，应同时满足和当上述两种状态判断失败，该历元判断为运动并退出，不进行下一步的标准差计算。
59.其次计算所述预设时间段内每个历元加速度计量测值标准差stdv和陀螺量测值的标准差stdw，根据惯导精度信息和3sigma原则设置两种标准差对应完全静止λ1、抖动λ2、两种状态的阈值。完全静止时，应同时满足和抖动时，应同时满足和当上述两种状态判断失败，该历元判断为运动。
60.统计所述预设时间段内物体运动状态所占历元与总历元的比例，根据设定的阈值条件判断物体在所述预设时间段内运动状态。例如，满足运动的条件为运动比例占比应大于0.1，满足抖动的条件为运动加抖动占比大于0.3，满足静止的条件为静止占比大于0.7。假设共二十个历元，判断为运动的历元占七个，则运动状态占的比例为0.3，大于判断为运动的比例阈值0.1，则该时间段内物体为运动状态；判断为运动的历元占一个，抖动的历元占十个，运动状态占比小于0.3，该时间段不属于运动状态，运动加抖动占比大于0.3，该时间段属于抖动状态。
61.数据解算，对已处理gnss/ins组合数据进行解算处理，得到解算结果；在本实施例中，提供以下四种解算模式供目标用户选择；dgnss(differential global navigation satellite system，差分定位，gnss定位中的一种)解算模式、dgnss/ins松组合解算模式、dgnss/ins紧组合解算模式、dgnss/ins半紧组合解算模式；然后根据目标用户指定的预设解算模式对已经完成初始对准的已处理gnss/ins组合数据进行解算处理，得到解算结果；另外，解算过程中会利用gnss解算对惯导的姿态、速度和位置有一个持续性的检测，包括高速运动时利用对地航向检测物体姿态的正确性；高速时利用gnss速度检测惯导速度的正确性；观测条件良好时利用gnss位置检验惯导位置；上述若检测出异常及时修正或重置。在数据解算过程中，也需要对物体运动状态进行检测，在特定的运动状态下可以用运动约束来提高估计精度，比如零速约束、零角速约束和非完整性约束。第二部分为gnss对惯导的异常检测，在解算阶段，每个观测历元，都可以利用独立的gnss滤波器的估计结果作为惯导机械编排的检验标准，以判定惯导状态是否在一个合理的范围内。在本实施例中，用户可以自主设定解算参数，用户通过系统设置模块上的参数设定界面来设定自己需求的解算参数，解算参数不仅包括上述的解算模式，还包括初始系统状态、惯导噪声模型、载体运动模型；如果用户未指定上述参数，系统设置模块会采用默认参数或者自动识别并设定；前述的自动识别具体为：在对组合导航系统完成初始化对准后，初始对准模块可以标定出组合导航系统的系统误差，此时组合导航系统中自动识别出数据预处理过程中识别得到的惯导类型、数据频率以及前述系统误差，惯导类型、数据频率以及系统误差就是自动识别出的解算参数。
62.优化提升处理，对解算结果进行优化提升处理，最终输出最终精度信息。具体为：对解算结果依次进行rts平滑处理、双向组合处理、多通道处理，从而得到最终精度信息并输出。rts平滑全称为rauch
–
tung
–
striebel smoother，是一种利用历元间的约束信息，从后向前递推的平滑算法，对姿态、速度精度提升有较大帮助。双向组合平滑则是前向解算和
后向解算的加权组合，其本质上是利用未来的观测值对当前时刻进行约束，对位置精度提升有较大帮助。rts和双向组合两种平滑算法结合，对姿态、速度和位置精度都可以有较大提升。前述的最终精度信息包括但不限于精度时序图、估计结果时序图、正反向误差图、多通道误差图、gnss误差图与ins误差图。
63.如图2所示，本发明还提供一种用于处理gnss/ins组合数据的组合导航系统，包括系统设置模块、状态检测模块、数据预处理模块、初始对准模块、判断模块、解算模块、事后处理模块以及精度输出模块，数据预处理模块接收原始gnss/ins组合数据，并对原始gnss/ins组合数据进行数据预处理，得到已处理gnss/ins组合数据；判断模块判断组合导航系统是否已经完成初始对准，若是，则将已处理gnss/ins组合数据发送至解算模块，若否，则将已处理gnss/ins组合数据发送至初始对准模块；初始对准模块利用已处理gnss/ins组合数据对组合导航系统进行初始对准；解算模块对已经完成初始对准的已处理gnss/ins组合数据进行解算处理，得到解算结果；事后处理模块用于对解算结果进行优化提升处理，得到最终精度信息，并将最终精度信息发送至精度输出模块，精度输出模块输出最终精度信息；系统设置模块用于对初始对准模块进行对准模式设置以及接收初始对准模块发送的误差信息，系统设置模块将误差信息发送至解算模块用于对已经完成初始对准的已处理gnss/ins组合数据进行解算处理；状态检测模块用于实时检测目标物体的物体运动状态，并将物体运动状态发送至初始对准模块以及解算模块。在本实施例中系统设置模块还用于为用户提供设定解算参数的功能，用户通过系统设置模块来设定自己需求的解算参数，解算参数不仅包括上述的解算模式，还包括初始系统状态、惯导噪声模型、载体运动模型；如果用户未指定上述参数，系统设置模块会采用默认参数或者自动识别并设定；前述的自动识别具体为：在对组合导航系统完成初始化对准后，初始对准模块可以标定出组合导航系统的系统误差，此时组合导航系统中自动识别出数据预处理过程中识别得到的惯导类型、数据频率以及前述系统误差，惯导类型、数据频率以及系统误差就是自动识别出的解算参数。
64.本发明中的一种用于处理gnss/ins组合数据的方法，需要对组合导航系统是否已经完成初始对准进行自主的判断，通过综合惯导类型、载体类型和载体运动模式，自动化选择一个最适合的初始化对准方案，从而实现对组合导航系统的自动化对准，进而对已经完成初始对准的已处理gnss/ins组合数据进行解算处理并进行优化提升处理，充分利用了事后特性进行优化提升处理，保证了对准的成功性从而提升了导航的使用体验感。整个初始对准过程的自动检测辅以贯穿全程的状态检测、事后多通道平滑，保证了系统能以正确的姿态进入导航阶段，事后辅以双向组合、rts平滑，保证了结果的高精度。
65.以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。
技术特征：1.一种用于处理gnss/ins组合数据的方法，其特征在于，包括以下步骤：接收数据，接收原始gnss/ins组合数据；数据预处理，对所述原始gnss/ins组合数据进行数据预处理，得到已处理gnss/ins组合数据；初始对准判断，判断组合导航系统是否已经完成初始对准，若是，则执行数据解算步骤，若否，则利用所述已处理gnss/ins组合数据进行初始对准后再执行数据解算步骤；数据解算，对已处理gnss/ins组合数据进行解算处理，得到解算结果；优化提升处理，对所述解算结果进行优化提升处理，最终输出最终精度信息。2.如权利要求1所述的一种用于处理gnss/ins组合数据的方法，其特征在于，所述原始gnss/ins组合数据包括gnss数据和ins数据，所述数据预处理包括：ins数据预处理，读取所述ins数据，并识别所述ins数据中的惯导类型以及数据频率，对所述ins数据的时间间隔进行判断，检测是否存在数据丢失，判断所述ins数据是否需要数据插值以达成与所述gnss数据的同步；gnss数据预处理，读取所述gnss数据，对所述gnss数据对应的卫星量测值进行粗差检验，利用惯导对所述gnss数据辅助周跳探测与修复。3.如权利要求1所述的一种用于处理gnss/ins组合数据的方法，其特征在于，利用所述已处理gnss/ins组合数据进行初始对准包括：检测所述原始gnss/ins组合数据对应的载体类型和惯导类型，若所述载体类型为手持模式或所述惯导类型为低精度惯导，执行第一初始对准方案，若所述惯导类型为高精度惯导且所述载体类型不为手持模式，则执行第二初始对准方案；所述第一初始对准方案包括：选择大失准角动态对准方式组合导航系统进行初始对准；所述第二初始对准方案包括：实时检测目标物体的物体运动状态，若物体运动状态为完全静止状态，则采用解析粗对准方式对组合导航系统进行初始对准；若物体运动状态为抖动状态，采用晃动基座对准方式对组合导航系统进行初始对准；若物体运动状态处于运动状态，采用对地航速辅助对准方式对组合导航系统进行初始对准。4.如权利要求3所述的一种用于处理gnss/ins组合数据的方法，其特征在于，所述实时检测目标物体的物体运动状态包括：根据预设时间段对应的所述已处理gnss/ins组合数据中ins数据进行晃动基座对准,得到预设时间段的概略姿态；计算所述预设时间段内加计量测值与当地重力的差值、陀螺量测值与地球自转速度的差值，将差值大小分为三个等级：完全静止、抖动、运动；计算所述预设时间段内加计量测值和陀螺量测值的标准差，将所述标准差大小分为三个等级：完全静止、抖动、运动；统计所述预设时间段内所述差值对应等级的占比，根据标准差对应的等级以及所述差值对应等级的占比得到物体运动状态。5.如权利要求1所述的一种用于处理gnss/ins组合数据的方法，其特征在于，所述数据
解算包括：根据目标用户指定的预设解算模式对已处理gnss/ins组合数据进行解算处理，得到解算结果，所述预设解算模式为dgnss解算模式、dgnss/ins松组合解算模式、dgnss/ins紧组合解算模式、dgnss/ins半紧组合解算模式中的一种。6.如权利要求1所述的一种用于处理gnss/ins组合数据的方法，其特征在于，所述优化提升处理包括：对所述解算结果依次进行rts平滑处理、双向组合处理、多通道处理，从而得到最终精度信息并输出。7.如权利要求6所述的一种用于处理gnss/ins组合数据的方法，其特征在于，所述最终精度信息包括精度时序图、估计结果时序图、正反向误差图、多通道误差图、gnss误差图与ins误差图。8.一种用于处理gnss/ins组合数据的组合导航系统，其特征在于，包括数据预处理模块、初始对准模块、判断模块、解算模块、事后处理模块以及精度输出模块，所述数据预处理模块接收原始gnss/ins组合数据，并对所述原始gnss/ins组合数据进行数据预处理，得到已处理gnss/ins组合数据；所述判断模块判断组合导航系统是否已经完成初始对准，若是，则将所述已处理gnss/ins组合数据发送至所述解算模块，若否，则将所述已处理gnss/ins组合数据发送至所述初始对准模块；所述初始对准模块利用所述已处理gnss/ins组合数据进行初始对准；所述解算模块对组合导航系统已经完成初始对准后，对已处理gnss/ins组合数据进行解算处理，得到解算结果；所述事后处理模块用于对所述解算结果进行优化提升处理，得到最终精度信息，并将所述最终精度信息发送至所述精度输出模块，所述精度输出模块输出所述最终精度信息。9.如权利要求8所述的一种用于处理gnss/ins组合数据的组合导航系统，其特征在于，还包括系统设置模块，所述系统设置模块用于对所述初始对准模块进行对准模式设置以及接收所述初始对准模块发送的误差信息，所述系统设置模块将所述误差信息发送至所述解算模块用于对已经完成初始对准的已处理gnss/ins组合数据进行解算处理。10.如权利要求8所述的一种用于处理gnss/ins组合数据的组合导航系统，其特征在于，还包括状态检测模块，所述状态检测模块用于实时检测目标物体的物体运动状态，并将所述物体运动状态发送至所述初始对准模块以及所述解算模块。
技术总结本发明涉及导航领域，提供一种用于处理GNSS/INS组合数据的方法及组合导航系统，包括接收数据、数据预处理、初始对准判断、数据解算以及优化提升处理。本申请中的一种用于处理GNSS/INS组合数据的方法，需要对组合导航系统是否已经完成初始对准进行自主的判断，从而实现对组合导航系统的自动化对准，进而对已经完成初始对准的已处理GNSS/INS组合数据进行解算处理并进行优化提升处理，充分利用了事后特性进行优化提升处理，保证了对准的成功性从而提升了导航的使用体验感。提升了导航的使用体验感。提升了导航的使用体验感。
技术研发人员：杨立扬 张德先 文述生 丁永祥 王江林 闫少霞 李宁 肖浩威
受保护的技术使用者：广州南方卫星导航仪器有限公司
技术研发日：2022.05.20
技术公布日：2022/11/1
