CN119413162A Imu数据与导航信号融合处理方法、装置、导航设备和介质 （珠海魔方芯智联科技有限公司）

本发明公开一种IMU数据与导航信号融合处到采样补充值；将采样补充值进行全面拟合处2对所述原始采样序列进行数据检验，计算当前采样周期内的数据差异对所述初始融合参数进行增量计算，建立数据增量与融合精度的将所述最终拟合参数应用于所述校准融合序列，通过数据逐点2.根据权利要求1所述的IMU数据与导航信对所述原始采样序列进行多层级的数据检验，所述多层级的数据检在确保数据有效性的基础上，采用分层差异计算策略，计算当前3.根据权利要求2所述的IMU数据与导航信号将所述状态方程的预测结果作为所述导航数据的补充值，填充所4.根据权利要求1所述的IMU数据与导航信号融合处理方法，对所述采样补充值进行双数据拟合，通过扩展卡尔曼滤波框架建将所述单数据拟合结果与所述双数据拟合结果统一到贝叶斯估计框架下进行组合数利用所述拟合序列中的时间戳信息，建立所述IMU数据和所述导航数据的时间同步映3基于所述拟合序列中已建立的数据关联性，构建三层对应关系的6.根据权利要求5所述的IMU数据与导航信号融基于所述增量状态表达形式设计似然度计算函数，并对位置增量构建二次拟合的数学模型，对位置分量、速度分量和姿基于运动状态的突变点、加速度的显著变化点以及曲率的奇异点进行数所述拟合函数通过分段拟合方式求解拟合参数，并在求解拟合参数过程中进行迭代优化，采样序列；第一拟合模块，用于采用三层次的拟合计算将第二计算模块，用于对所述初始融合参数进行增量计算校准模块，用于使用所述数据偏差值对所述拟合序列进行数据校准，第二拟合模块，用于基于所述校准融合序列进行二次数4序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的IMU数据与导航信号融合处理执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的IMU数据与导航信号融合处5[0002]随着高精度导航定位需求的快速发展，单一导航系统已难以满足实际应用要根据所述拟合序列建立所述IMU数据与所述导航数据的对应关系，得到初始融合利用所述增量融合序列计算所述IMU和所述导航数据的实际差异，得到数据偏差6第一拟合模块，用于采用三层次的拟合计算将所述采样补充值进行全面拟合处第一计算模块，用于根据所述拟合序列建立所述IMU数据与所述导航数据的对应偏差确定模块，用于利用所述增量融合序列计算所述IMU和所述导航数据的实际合序列；序被所述处理器执行时实现上述的IMU数据与导航信号融合处器执行时实现上述的IMU数据与导航信号融合处7[0012]本发明提出一种IMU数据与导航信号融合处理方法，应用于导航设备。本发明的IMU数据与导航信号融合处理方法的实施终端可以是导航设备或是电子设备，该电子设备[0013]如图1所示，图1是本发明IMU数据与导航信号融合处理方法第一实施例的流程示采样序列。[0016]卫星数据的采集可依托多模多频GNSS（GlobalNavigationSatelliteSystem，8[0018]采样过程的时间同步采用本地高精度时钟源，以GNSS接收机输出的PPS信号进行[0020]电子设备通过高精度时钟基准对IMU和导航数据进行同步采样，将不同采样率的9虑到IMU和导航数据的采样频率差异（200Hzvs10Hz电子设备采用分层差异计算策略。加速度数据，电子设备计算三轴合成加速度的均方根值RMS_a=[0031]电子设备可以采用基于卡尔曼滤波的预测机制，在两个[0032]通过以上数据检验和差异计算过程，电子设备对原始采[0033]步骤S30，采用三层次的拟合计算将采样补充值进行全面拟合处理，得到拟合序[0035]首先进行单数据拟合是为了保留各自的特性优势，如IMU数据的高动态响应和[0036]在单数据拟合阶段，电子设备首先对步骤二提供的IMU补充值进行分段多项式拟[0038]双数据拟合阶段主要解决IMU和GNSS数据的协同问题。电子设备构建15维状态向[0040]通过这种多层次的拟合计算，电子设备将步骤S20提供的采样补充值进行了全面层面通过精确的时间同步确保数据对齐；状态量层面则结合不同运动特征建立多维度映[0047]速度对应关系的建立需要考虑IMU积分误差的累积效应。电子设备设计了基于零速度检测的误差补偿机制。当检测到载体处于静止[0048]姿态对应关系的建立采用四元数表示。电子设备首先利用IMU数据计算姿态变化q=0.5·q⃞[0,w]示将四元数转换为等效旋转矩阵。这种表示方法直接给出了IMU解算姿态相对于GNSS解算得到增量融合序列。电子设备首先利用状态转移矩阵F构建增量状态表达形式。定义增量状态向量6x(k)=x(k)-x(k)，其中δx(k)为15维状态增量向量[δp^T,δv^T,δθ^T,δb_a^T,δb_g^T]^[δθ_x,δθ_y,δθ_z]^T、加速度计零偏增量δb_a=[δb_ax,δb_ay,δb_az]^T和陀螺仪零偏增量子设备首先应用20阶FIR滤波器对数据进行预处理，滤波器的截止频率设置为原始采样率算输入输出信号的幅频特性来评估动态性能。每类数据的处理都采用100ms的基本分析单[0070]对于导航数据的偏差分析，电子设备充分利用了增量融合序列中的状态估计信[0071]速度偏差的计算则需要结合IMU数据积分和导航速度解算结果：δv=v_gnss_避免校准结果的跳变。电子设备对加速度数据的校准特别关注零偏和尺度因子的动态变数据(10Hz)的校准结果需要统一到同一时间基准上。电子设备选择以IMU数据时间戳为基的每个状态量都经过了电子设备的偏差校准，有效消除了原始数据中的各类电子设备误这种误差度量直接对应于旋转空间中的测地线距离，更符合旋转运动的几何本w1和w2为互补的融合权重(w1+w2=1)，ψi(t)为与φi(t)[0104]本发明实施例的IMU数据与导航信号融合处理方法的技术方案，通过多频率采样[0105]需要说明的是，本发明IMU数据与导航信号融合处理方法的上述所有实施例的方应的原始采样序列；得到拟合序列；校准模块107，用于使用数据偏差值对拟合序列进行数据校准，得到校准融合序[0108]本发明的IMU数据与导航信号融合处理装置100，由于都能够实现上述IMU数据与导航信号融合处理方法的步骤，因此至少具有上述IMU数据与导航信号融合处理方法实施组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏（Display）、输入单元，比如键盘以是独立于前述处理器1001的存储装置。[0111]本领域技术人员可以理解，图8中示出的电子设备结构并不构成对电子设备的限行时实现上述的IMU数据与导航信号融合处理[0115]本发明的导航设备和介质，由于都能够实现上述IMU数据与导航信号融合处理的步骤，因此至少具有上述IMU数据与导航信号融合处理方法实施例的技术方案所带来的所以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件