双天线GNSS/MINS车载紧组合技术研究
摘要
高效、可靠的导航定位系统可以帮助智能汽车辅助人员驾驶，降低交通事故发生率。
然而，目前的高精度导航系统成本高昂，且我国地形复杂，行驶途中会存在各种干扰源，
影响卫星导航信号的接收。因此，本文以降低车载导航系统成本、提高车载导航系统的
(GlobalNavigationSatelliteSystemGNSS)
可靠性为目的，使用卫星导航系统，双天线接收
板卡与MEMSIMU(Micro-Elector-MechanicalSystemInertialMeasurementUnit)作为主要
传感器，设计并研制了基于STM32单片机的车载GNSS/MINS紧组合导航系统。
首先，调研国内外车载GNSS/MINS紧组合导航系统相关技术的研究现状。根据相
关规定以及当前车载导航产品性能参数制定系统性能指标，并完成系统的整体设计方案。
综合成本、精度和稳定性等因素，完成系统内关键传感器的选型工作，设计出能够兼容
不同传感器且能够稳定工作的系统电路，并为系统设计具有良好散热性与结构稳定性的
配套外壳。
其次，介绍了惯性导航系统与卫星导航伪距测量原理，对误差源进行分析并建立数
学模型。为了解决MIMU无法敏感地球自转角速度得到初始方位角的问题，使用双天线
卫星接收器与磁力计辅助初始对准。使用离散卡尔曼滤波算法进行数据融合，建立了紧
组合导航系统的卡尔曼滤波数学模型，并在STM32单片机移植实时操作系统(RealTime
OperatingSystem，RTOS)，完成系统内多任务并发执行。
然后，通过室内静态实验与室外跑车实验，验证了系统在静态条件下，姿态角误差
与航向角误差达到了所制定的系统指标。在户外真实城市环境跑车实验中，通过与高精
度惯性导航系统进行数据对比，证明本文所设计系统的导航性能满足了所设定的导航性
能指标。
最后，设计了卫星信号阻塞时的模拟试验，通过控制可见卫星数，验证紧组合导航
算法在不同可见卫星数目下相较于纯惯性导航系统在导航定位方面的提升。通过数据证
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明紧组合导航算法在可见卫星数目不足颗时仍可在短时间内保持一定精度，并且其精
度性能与可见卫星数目相关联。
关键词：车载紧组合导航系统；GNSS/MINS；卡尔曼滤波；可见卫星数
双天线GNSS/MINS车载紧组合技术研究
Abstract
AnefficientandreliablenavigationandpositioningsystemcanassistSmartVehicle
assistantsindrivingandreducetheincidenceoftrafficaccidents.However,thecurrenthigh-
precisionnavigationsystemisexpensive,andtheterraininourcountryiscomplex,leadingto
variousinterferencesourcesduringdrivingthatcanblockthereceptionofsatellitenavigation
signals.Therefore,thispaperaimstoreducethecostandimprovethereliabilityofin-vehicle
navigationsystemsbyusingaGlobalNavigationSatelliteSystem(GNSS)dual-antenna
receiverboardandMicro-Elector-MechanicalS