组合导航中的实用技巧-ZUPT+CUPT

组合导航中的实用技巧

实用更新1 - ZUPT

概念

零速修正（Zero velocity UPdaTe，ZUPT）
在无连续外部更新的情况下，速度漂移会带来位置和姿态的精度发散，而零速修正能够显著提高纯惯导的导航精度

操作过程

◼ 每2-4分钟停车一次，每次停车30-60 s
◼ “速度为零”这一信息用作卡尔曼滤波的量测更新

ZUPTs的优点

◼ 几乎零成本（无需额外设备）
◼ 不需要精确的时间同步

局限性

◼ 必须有条件让载体静止（不适于空中和海上的应用）

ZUPT如何提高惯导测量精度

◼ 为修复两次ZUPT修正之间INS速度误差，需要采用最优估计算法（例如卡尔曼滤波）
◼ 每次ZUPT修正时，将INS输出的三轴速度与ZUPT速度（零速）之差作为量测信息输入到卡尔曼滤波中

两个因素影响 ZUPT的效果

 连续两次ZUPTs修正之间的时间间隔 ，期间速度误差随时间增长
 ZUPTs 更新时长需合理选择 ，使得卡尔曼滤波充分收敛

ZUPT的重要性

 限制速度误差的增长 ，将速度重置为零
 估计加速度零偏误差
 估计水平姿态角误差

总结

总体上，ZUPT可有效限制大部分的惯导长期误差项

实用更新2 – CUPT

概念

坐标更新(Coordinate UPdaTe ,CUPT)
1.在某些特定的测量控制点（又称 CUPT 站点 ，坐标已知 ），载体停止运动并与控制点建立关联（如以某种方式对齐 如以某种方式对齐 如以某种方式对齐 ）
2.在每个CUPT 站点上 ，已知坐标值与惯导的位置 输出进行对比 。

为什么需要坐标更新

当没有高精度外部辅助更新（如GNSS）时，系统将以纯惯导模式工作，即使是导航级惯导， 长时间工作也会有很大的导航误差积累 （尤其是位置误差）。

怎样用CUPT来提高测量精度

1.为了在两次CUPT之间改正 INS 误差 ，应采用最优估计算法 （ 例如 Kalman 滤波 ）。
2.在每个 CUPT 站点上 ，INS定位结果与 CUPT坐标的差值 （三维 ）被送到 Kalman 滤波中 。

实际问题：采样时刻不同步

1.导航处理器的时钟与GPS接收机的PPS秒脉冲同步
2.通常，惯导的采样时刻并不与GPS的采样时刻恰好对齐。为了准确地计算Kalman滤波的观测量（z），必须将惯导结果内插或外插到GPS观测时刻上（PPS）。
3.例如，一架速度为500km/h的飞机，在0.01s采样周期内就会运动1.4m，会造成不可忽视的等效GPS定位误差。同时，GPS数据在实际接收到的时候也带有延迟。

量测更新：惯导结果外推

 接收机提示导航处理器下一次GPS观测时刻。
 导航处理器在下次GPS数据到来之前完成导航结果的外推。