基于路面状态的车载IMU安装角性能评估方法

摘要

轮速里程计和非完整性约束是抑制全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）信号长时间中断情形下GNSS/INS组合导航系统误差发散的2种常用方法，准确的车载惯性测量单元（inertial measurement unit,IMU）安装姿态是应用轮速里程计和非完整性约束的必要条件。传统的安装角标定方法在理想路面下表现良好，但其核心运动学约束的成立严重依赖于轮胎与地面的理想接触条件，在实际复杂行驶环境中，不同的路面状态会通过引起车辆异常运动破坏约束条件的基本假设，导致在线安装角估计算法性能下降甚至失效。为研究不同路况和行驶状态对IMU安装姿态估计算法的影响，针对路面颠簸、长时间小角度转弯和短时间大角度转弯这3种场景进行了仿真分析和车载实验。通过对比速度观测模型和位置观测模型在不同场景下的表现，分析了不同路面状态对IMU安装角的精度和鲁棒性的影响。实验结果表明：在路面颠簸场景下，位置观测模型较速度观测模型具有更高的估计精度，分别提高了76%俯仰安装角和67%航向安装角的估计精度；在长时间小角度弯道行驶场景下，速度观测模型表现更好，分别提高了32%俯仰安装角和57%航向安装角的估计精度；然而，在大角度急弯场景下，由于车辆航向快速变化产生了较大的横向速度和横向位移，破坏了约束条件，因此大角度急弯场景下需增强动力学约束和误差补偿，满足高动态下稳定精确的安装角估计结果的获取。

关键词

组合导航 / IMU安装姿态 / 性能评估 / 观测模型 / 非完整性约束

基金资助

国家重点研发计划项目（2021YFB2501105）资助