1.一种基于冗余技术的MEMS惯性定位系统航向优化方法,其特征在于,包括以下步骤:对陀螺仪进行冗余配置,包括陀螺正交配置和陀螺斜置配置;
对陀螺仪的冗余配置方案,记录每个陀螺仪配置信息和测量结果;
确定各陀螺仪受到的加速度大小,根据陀螺仪的的冗余配置方案和加速度计测到的数据,测量出载体在x、y、z三个方向的加速度;
针对在同一个正交配置方向或者斜置配置方向的陀螺仪,根据受到的加速度大小设定不同的权重值进行融合;
利用Kalman滤波,通过对系统输入观测数据,对状态量进行最优估计,建立冗余加速度计的系统状态方程和观测方程;
根据传感器的配置矩阵H得出其左零空间基矩阵T;得到冗余系统的传感器数据融合模型;
计算出载体x、y、z三个轴方向的角速度值,根据各陀螺仪的加速度大小设定权值进行加权融合,分别计算出载体三轴最优角速度输出ωx、ωy、ωz;
所述根据传感器的配置矩阵H得出其左零空间基矩阵T;得到冗余系统的传感器数据融合模型,具体包括:生成矩阵H的左零空间基矩阵T,满足TH=0,用矩阵T左乘观测方程为:TY(k)=TCX(k)+THu(k)+Tv(k)=TCX(k)+Tv(k)得到冗余系统的传感器数据融合模型:
X(k+1)=AX(k)+Bw(k)
TY(k)=TCX(k)+Tv(k)。
再利用Kalman滤波器对上述模型进行状态估计,估计出陀螺仪的观测误差经过Kalman滤波以后的传感器观测值为
对 进行加权最小二乘估计。
2.根据权利要求1所述的一种基于冗余技术的MEMS惯性定位系统航向优化方法,其特征在于,所述对陀螺仪进行冗余配置,包括陀螺正交配置和陀螺斜置配置,具体包括:采用6个陀螺仪进行冗余配置,其中3个陀螺正交配置,3个陀螺斜置配置,将3个斜置的陀螺分别安装在xoy、yoz、xoz面,分别与x、y、z轴夹角为α,同时,在每个陀螺仪的方向安装一个同向的加速度计。
3.根据权利要求2所述的一种基于冗余技术的MEMS惯性定位系统航向优化方法,其特征在于,所述夹角α=30°。
4.根据权利要求1所述的一种基于冗余技术的MEMS惯性定位系统航向优化方法,其特征在于,所述确定各陀螺仪受到的加速度大小,根据陀螺仪的冗余配置方案和加速度计测到的数据,测量出载体在x、y、z三个方向的加速度,具体包括:确定各陀螺仪受到的加速度大小,根据陀螺仪的冗余配置方案和加速度计测到的数据,测量出载体在x、y、z三个方向的加速度,Acc1、Acc2、Acc6可测量的载体x方向的加速度,分别记为Acx1、Acx2、Acx6,计算公式如下:Acc2、Acc3、Acc4可测量的载体y方向的加速度,分别记为Acy2、Acy3、Acy4,计算公式如下:Acc4、Acc5、Acc6可测量的载体z方向的加速度,分别记为Acz4、Acz5、Acz6,计算公式如下:其中,α=30°,Acci为第i个加速度的实际测量值,i=1,2…,6。
5.根据权利要求4所述的一种基于冗余技术的MEMS惯性定位系统航向优化方法,其特征在于,所述针对在同一个正交配置方向或者斜置配置方向的陀螺仪,根据受到的加速度大小设定不同的权重值进行融合,具体包括:对同正交配置方向或者斜置配置方向的各种陀螺仪,根据他们受到的加速度大小设定不同的权重值进行融合,Rxi为载体x方向第i个陀螺仪的权值,Ryj为载体y方向第j个陀螺仪的权值,Rzk为载体z方向第k个陀螺仪的权值;
6.根据权利要求5所述的一种基于冗余技术的MEMS惯性定位系统航向优化方法,其特征在于,所述利用Kalman滤波,通过对系统输入观测数据,对状态量进行最优估计,建立冗余加速度计的系统状态方程和观测方程,具体包括:Kalman滤波是一种递归的估计,通过上一时刻状态的估计值以及当前状态的观测值就可以计算出当前状态的估计值。在预测阶段,滤波器使用上一状态的估计,做出当前状态的估计。在更新阶段,滤波器利用对当前状态的观测值优化在预测阶段获得的估计值,以获得一个更精确的新估计值;通过对系统输入观测数据,对状态量进行最优估计;针对冗余加速度计建立系统的状态方程和观测方程:X(k+1)=AX(k)+Bw(k)
Y(k)=CX(k)+Hu(k)+v(k)
T
其中,X(k)为状态向量,表示加速度计的测量误差,X=[σ1,…,σ6] ;Y(k)为观测向量,T表示加速度计的观测值,Y=[m1,…,m6] ;u(k)表示期望被估计的加速度;w(k)为系统噪声,v(k)为观测噪声;A为状态转移矩阵,C为观测矩阵,H为传感器的配置矩阵,B为噪声驱动矩阵。
7.根据权利要求1所述的一种基于冗余技术的MEMS惯性定位系统航向优化方法,其特征在于,所述计算出载体x、y、z三个轴方向的角速度值,根据各陀螺仪敏感器的加速度大小设定权值进行加权融合,分别计算出载体三轴最优角速度输出ωx、ωy、ωz,具体包括:计算出载体三轴最优角速度输出ωx、ωy、ωz,陀螺仪gyo1,gyo2,gyo6可测量的载体x轴方向的角速度值,分别记为wx1、wx2、wx6,计算公式如下:陀螺仪gyo2,gyo3,gyo4可测量的载体y轴方向角速度,分别记为wy2、wy3、wy4值为:陀螺仪gyo4,gyo5,gyo6可测量的载体z轴方向角速度,分别记为wz4、wz5、wz6值为:其中,α=30°,gyoi为第i个陀螺仪的测量值,i=1,2…,6;
行人载体三轴最优角速度输出分别记为ωx、ωy、ωz,计算公式如下: