1.本发明涉及定位技术领域，具体为基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统。
背景技术：2.惯性导航是通过测量飞行器的加速度，并自动进行积分运算，获得飞行器瞬时速度和瞬时位置数据的技术。组成惯性导航系统的设备都安装在运载体内，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，是一种自主式导航系统。而霍尔里程计是利用霍尔元件设计的可计算行驶里程的设备。可用来计算里程也可用来精确导航。
3.但是目前的惯性导航和霍尔里程计均存在定位精确度差和稳定性差的现象。
4.为此，我们提出基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统。
技术实现要素：5.鉴于上述和/或现有基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统中存在的问题，提出了本发明。
6.因此，本发明的目的是提供基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统，能够解决上述提出现有的问题。
7.为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
8.基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统，其包括霍尔磁敏感元件的仿真设计及其对系统精度的影响模块、霍尔里程计试制及特性测试模块、惯导/霍尔里程计组合系统精准定位的优化设计模块和行车测试模块，所述霍尔磁敏感元件的仿真设计及其对系统精度的影响模块与所述惯导/霍尔里程计组合系统精准定位的优化设计模块相连接，所述惯导/霍尔里程计组合系统精准定位的优化设计模块与所述行车测试模块相连接，所述霍尔里程计试制及特性测试模块与所述行车测试模块相连接，且霍尔里程计试制及特性测试模块与霍尔磁敏感元件的仿真设计及其对系统精度的影响模块为互为验证关系；
9.所述行车测试模块包括行车测试准备工作、惯导/霍尔里程计组合系统中多传感器融合技术的测试、初始对准试验和跑车试验对组合定位定向系统的性能进行验证、通过试验对整个导航系统的硬件和算法进行验证和跑车行驶测试。
10.作为本发明所述的基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统的一种优选方案，其中：所述行车测试模块的操作步骤如下：
11.步骤一，行车测试准备工作：失锁时间设计为6分钟，使用定制铝板对gps天线进行遮挡并使其失锁，对所获数据进行未加载和加载里程计两次惯性导航计算，再对比组合导航测试结果，通过对里程计的当量标定及其对偏移矢量的量测，完成里程计在车载惯性导航系统中的安装调试；
12.步骤二：在各种干扰因素下，惯导/霍尔里程计组合系统中多传感器融合技术的测试；
13.步骤三，初始对准试验和跑车试验对组合定位定向系统的性能进行验证：首先对惯性导航系统和里程计进行标定，然后通过初始对准试验和跑车试验对组合定位定向系统的性能进行验证；
14.步骤四，通过试验对整个导航系统的硬件和算法进行验证：在对惯性导航系统和里程计采样模块进行标定后，通过试验对整个导航系统的硬件和算法进行验证，通过将所涉及的各种算法应用于实物平台上进行实验和调试，最终验证车载传感器信息融合算法的精确导引定位效果，验证数据采集后滤波算法优良滤波效果、短时间内惯性导引及组合定位的高精确度和高稳定性、长时间运行后系统纠偏处理的响应速度和反馈速率；
15.步骤五，跑车行驶测试：选取闭合路线进行跑车试验测试，验证在无gps状态下的惯性导航/霍尔里程计组合系统导航的精准度，并与在有gps的状态下的导航路线与之比较，将各传感器进行优化配置，使其性能得到优良互补，提高整个系统的定位精度和导引可靠性，并对gps失锁造成的导航轨迹漂移起到有效修正作用。
16.作为本发明所述的基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统的一种优选方案，其中：所述步骤三中，组合定位定向系统的工作流程如下：
17.流程一：研究惯性导航系统的姿态、速度、位置更新算法，并分别对惯性导航和里程计的误差进行分析，得到组合定位定向系统的误差方程，在此基础上对系统的初始对准算法和组合导航算法进行研究和设计，使用系统所选器件的参数对初始对准算法和组合导航算法进行仿真，并验证系统器件选择和算法设计的正确性；
18.流程二：综合分析车身环境对传感器的各种干扰，采用专门的滤波处理电路来提高霍尔里程计的抗干扰能力，完成精度较高车辆导航里程计的设计，构建惯性导航系统的理论模型，并将卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波技术应用到惯性导航系统中；
19.流程三：根据惯性导航/里程计组合定位定向系统的组成、所选器件完成组合定位定向系统的硬件电路设计，根据组合定位定向系统的功能和算法完成系统的软件设计，最后，根据器件选型和硬件电路，设计系统结构，分别搭建起惯性导航系统和里程计信号处理模块的软、硬件平台。
20.作为本发明所述的基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统的一种优选方案，其中：所述霍尔磁敏感元件的仿真设计及其对系统精度的影响模块包括霍尔磁敏感元件的仿真模型构建、霍尔磁敏感器件及次级线圈的电磁场及力学场的仿真、磁场扰动情况仿真，仿真模拟集及对器件的精确性、稳定性等的影响因素的设定、磁路设计的合理性分析及磁敏感元件的选型、霍尔传感器的电路设计，并探究其对惯导、霍尔里程计组合系统精确定位的影响因素和温度变化对霍尔器件及惯导系统的影响及其处理方法及方式。
21.作为本发明所述的基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统的一种优选方案，其中：所述霍尔里程计试制及特性测试模块包括霍尔里程计试制及标记、霍尔里程计特性测试和霍尔器件外围电路的设计及验证。
22.作为本发明所述的基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统的一种优选方案，其中：所述霍尔里程计特性测试包括高/低温试验、浸渍/湿热试验、霉菌/烟雾试验、机械冲击与老化试验。
23.作为本发明所述的基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统的一种优选方案，其中：所述惯导/霍尔里程计组合系统精准定位的优化设计模块包括对惯导/霍
尔里程计组合系统的误差方程进行计算及分析、各种干扰因素对系统的影响和惯导/霍尔里程计组合系统的软硬件设计及平台的搭建。
24.与现有技术相比：
25.1.通过对惯性导航/里程计组合定位定向系统功能和原理的研究，根据研究目标对关键器件选型，并通过仿真模拟对器件选型的理论可行性进行分析，推导出惯性导航的递推算法，分析惯性导航系统中里程计定位定向系统的主要误差，得到系统误差方程，最后对组合定位定向系统的初始对准算法和组合导航算法进行深入探究，并通过仿真模拟来分析随机误差、量化误差、安装误差角、刻度系数及延时估算误差等，进而减弱整体误差实现惯性导航/霍尔里程计组合系统精确定位定向目的；
26.2.通过将所涉及的各种算法应用于实物平台上进行实验和调试，最终验证车载传感器信息融合算法的精确导引定位效果，验证数据采集后滤波算法优良滤波效果、短时间内惯性导引及组合定位的高精确度和高稳定性、长时间运行后系统纠偏处理的响应速度和反馈速率；
27.3.通过将各传感器进行优化配置，使其性能得到优良互补，具有提高整个系统的定位精度和导引可靠性。
附图说明
28.图1为本发明行车测试系统示意图；
29.图2为本发明组合定位定向系统工作流程图。
具体实施方式
30.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
31.本发明提供基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统，请参阅图1-图2，包括霍尔磁敏感元件的仿真设计及其对系统精度的影响模块、霍尔里程计试制及特性测试模块、惯导/霍尔里程计组合系统精准定位的优化设计模块和行车测试模块，霍尔磁敏感元件的仿真设计及其对系统精度的影响模块与惯导/霍尔里程计组合系统精准定位的优化设计模块相连接，惯导/霍尔里程计组合系统精准定位的优化设计模块与行车测试模块相连接，霍尔里程计试制及特性测试模块与行车测试模块相连接，且霍尔里程计试制及特性测试模块与霍尔磁敏感元件的仿真设计及其对系统精度的影响模块为互为验证关系。
32.行车测试模块包括行车测试准备工作、惯导/霍尔里程计组合系统中多传感器融合技术的测试、初始对准试验和跑车试验对组合定位定向系统的性能进行验证、通过试验对整个导航系统的硬件和算法进行验证和跑车行驶测试；
33.行车测试模块的操作步骤如下：
34.步骤一，行车测试准备工作：失锁时间设计为6分钟，使用定制铝板对gps天线进行遮挡并使其失锁，对所获数据进行未加载和加载里程计两次惯性导航计算，再对比组合导航测试结果，通过对里程计的当量标定及其对偏移矢量的量测，完成里程计在车载惯性导航系统中的安装调试；
35.步骤二：在各种干扰因素下，惯导/霍尔里程计组合系统中多传感器融合技术的测
试；
36.步骤三，初始对准试验和跑车试验对组合定位定向系统的性能进行验证：首先对惯性导航系统和里程计进行标定，然后通过初始对准试验和跑车试验对组合定位定向系统的性能进行验证，其中，组合定位定向系统的工作流程如下：
37.流程一：研究惯性导航系统的姿态、速度、位置更新算法，并分别对惯性导航和里程计的误差进行分析，得到组合定位定向系统的误差方程，在此基础上对系统的初始对准算法和组合导航算法进行研究和设计，使用系统所选器件的参数对初始对准算法和组合导航算法进行仿真，并验证系统器件选择和算法设计的正确性；
38.流程二：综合分析车身环境对传感器的各种干扰，采用专门的滤波处理电路来提高霍尔里程计的抗干扰能力，完成精度较高车辆导航里程计的设计，构建惯性导航系统的理论模型，并将卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波技术应用到惯性导航系统中；
39.流程三：根据惯性导航/里程计组合定位定向系统的组成、所选器件完成组合定位定向系统的硬件电路设计，根据组合定位定向系统的功能和算法完成系统的软件设计，最后，根据器件选型和硬件电路，设计系统结构，分别搭建起惯性导航系统和里程计信号处理模块的软、硬件平台；
40.步骤四，通过试验对整个导航系统的硬件和算法进行验证：在对惯性导航系统和里程计采样模块进行标定后，通过试验对整个导航系统的硬件和算法进行验证，通过将所涉及的各种算法应用于实物平台上进行实验和调试，最终验证车载传感器信息融合算法的精确导引定位效果，验证数据采集后滤波算法优良滤波效果、短时间内惯性导引及组合定位的高精确度和高稳定性、长时间运行后系统纠偏处理的响应速度和反馈速率；
41.步骤五，跑车行驶测试：选取闭合路线进行跑车试验测试，验证在无gps状态下的惯性导航/霍尔里程计组合系统导航的精准度，并与在有gps的状态下的导航路线与之比较，将各传感器进行优化配置，使其性能得到优良互补，提高整个系统的定位精度和导引可靠性，并对gps失锁造成的导航轨迹漂移起到有效修正作用。
42.霍尔磁敏感元件的仿真设计及其对系统精度的影响模块包括霍尔磁敏感元件的仿真模型构建、霍尔磁敏感器件及次级线圈的电磁场及力学场的仿真、磁场扰动情况仿真，仿真模拟集及对器件的精确性、稳定性等的影响因素的设定、磁路设计的合理性分析及磁敏感元件的选型、霍尔传感器的电路设计，并探究其对惯导、霍尔里程计组合系统精确定位的影响因素和温度变化对霍尔器件及惯导系统的影响及其处理方法及方式。
43.霍尔里程计试制及特性测试模块包括霍尔里程计试制及标记、霍尔里程计特性测试和霍尔器件外围电路的设计及验证，霍尔里程计特性测试包括高/低温试验、浸渍/湿热试验、霉菌/烟雾试验、机械冲击与老化试验。
44.惯导/霍尔里程计组合系统精准定位的优化设计模块包括对惯导/霍尔里程计组合系统的误差方程进行计算及分析、各种干扰因素对系统的影响和惯导/霍尔里程计组合系统的软硬件设计及平台的搭建。
45.工作原理：对霍尔磁敏感元件的仿真模型进行构建、对霍尔磁敏感器件及次级线圈的电磁场及力学场进行仿真、磁场扰动情况进行仿真，对仿真模拟集及对器件的精确性、稳定性等的影响因素进行设定、对磁路设计的合理性分析及磁敏感元件进行选型、对霍尔传感器的电路进行设计，并探究其对惯导、霍尔里程计组合系统精确定位的影响因素、将温
度变化对霍尔器件及惯导系统的影响及其处理方法及方式进行构建；对霍尔里程计进行试制及标记、对霍尔里程计特性进行测试、对霍尔器件外围电路进行设计及验证；对惯导/霍尔里程计组合系统的误差方程进行计算及分析、将各种干扰因素对系统的影响进行构建、对惯导/霍尔里程计组合系统的软硬件进行设计及对平台进行搭建；进行行车测试。
46.虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
技术特征：1.基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统，包括霍尔磁敏感元件的仿真设计及其对系统精度的影响模块、霍尔里程计试制及特性测试模块、惯导/霍尔里程计组合系统精准定位的优化设计模块和行车测试模块，其特征在于，所述霍尔磁敏感元件的仿真设计及其对系统精度的影响模块与所述惯导/霍尔里程计组合系统精准定位的优化设计模块相连接，所述惯导/霍尔里程计组合系统精准定位的优化设计模块与所述行车测试模块相连接，所述霍尔里程计试制及特性测试模块与所述行车测试模块相连接，且霍尔里程计试制及特性测试模块与霍尔磁敏感元件的仿真设计及其对系统精度的影响模块为互为验证关系；所述行车测试模块包括行车测试准备工作、惯导/霍尔里程计组合系统中多传感器融合技术的测试、初始对准试验和跑车试验对组合定位定向系统的性能进行验证、通过试验对整个导航系统的硬件和算法进行验证和跑车行驶测试。2.根据权利要求1所述的基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统，其特征在于，所述行车测试模块的操作步骤如下：步骤一，行车测试准备工作：失锁时间设计为6分钟，使用定制铝板对gps天线进行遮挡并使其失锁，对所获数据进行未加载和加载里程计两次惯性导航计算，再对比组合导航测试结果，通过对里程计的当量标定及其对偏移矢量的量测，完成里程计在车载惯性导航系统中的安装调试；步骤二：在各种干扰因素下，惯导/霍尔里程计组合系统中多传感器融合技术的测试；步骤三，初始对准试验和跑车试验对组合定位定向系统的性能进行验证：首先对惯性导航系统和里程计进行标定，然后通过初始对准试验和跑车试验对组合定位定向系统的性能进行验证；步骤四，通过试验对整个导航系统的硬件和算法进行验证：在对惯性导航系统和里程计采样模块进行标定后，通过试验对整个导航系统的硬件和算法进行验证，通过将所涉及的各种算法应用于实物平台上进行实验和调试，最终验证车载传感器信息融合算法的精确导引定位效果，验证数据采集后滤波算法优良滤波效果、短时间内惯性导引及组合定位的高精确度和高稳定性、长时间运行后系统纠偏处理的响应速度和反馈速率；步骤五，跑车行驶测试：选取闭合路线进行跑车试验测试，验证在无gps状态下的惯性导航/霍尔里程计组合系统导航的精准度，并与在有gps的状态下的导航路线与之比较，将各传感器进行优化配置，使其性能得到优良互补，提高整个系统的定位精度和导引可靠性，并对gps失锁造成的导航轨迹漂移起到有效修正作用。3.根据权利要求2所述的基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统，其特征在于，所述步骤三中，组合定位定向系统的工作流程如下：流程一：研究惯性导航系统的姿态、速度、位置更新算法，并分别对惯性导航和里程计的误差进行分析，得到组合定位定向系统的误差方程，在此基础上对系统的初始对准算法和组合导航算法进行研究和设计，使用系统所选器件的参数对初始对准算法和组合导航算法进行仿真，并验证系统器件选择和算法设计的正确性；流程二：综合分析车身环境对传感器的各种干扰，采用专门的滤波处理电路来提高霍尔里程计的抗干扰能力，完成精度较高车辆导航里程计的设计，构建惯性导航系统的理论模型，并将卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波技术应用到惯性导航系统中；
流程三：根据惯性导航/里程计组合定位定向系统的组成、所选器件完成组合定位定向系统的硬件电路设计，根据组合定位定向系统的功能和算法完成系统的软件设计，最后，根据器件选型和硬件电路，设计系统结构，分别搭建起惯性导航系统和里程计信号处理模块的软、硬件平台。4.根据权利要求1所述的基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统，其特征在于，所述霍尔磁敏感元件的仿真设计及其对系统精度的影响模块包括霍尔磁敏感元件的仿真模型构建、霍尔磁敏感器件及次级线圈的电磁场及力学场的仿真、磁场扰动情况仿真，仿真模拟集及对器件的精确性、稳定性等的影响因素的设定、磁路设计的合理性分析及磁敏感元件的选型、霍尔传感器的电路设计，并探究其对惯导、霍尔里程计组合系统精确定位的影响因素和温度变化对霍尔器件及惯导系统的影响及其处理方法及方式。5.根据权利要求1所述的基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统，其特征在于，所述霍尔里程计试制及特性测试模块包括霍尔里程计试制及标记、霍尔里程计特性测试和霍尔器件外围电路的设计及验证。6.根据权利要求5所述的基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统，其特征在于，所述霍尔里程计特性测试包括高/低温试验、浸渍/湿热试验、霉菌/烟雾试验、机械冲击与老化试验。7.根据权利要求1所述的基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统，其特征在于，所述惯导/霍尔里程计组合系统精准定位的优化设计模块包括对惯导/霍尔里程计组合系统的误差方程进行计算及分析、各种干扰因素对系统的影响和惯导/霍尔里程计组合系统的软硬件设计及平台的搭建。
技术总结本发明公开的属于定位技术领域，具体为基于惯性导航和霍尔里程计精准定位的行车测试系统，包括霍尔磁敏感元件的仿真设计及其对系统精度的影响模块、霍尔里程计试制及特性测试模块、惯导/霍尔里程计组合系统精准定位的优化设计模块和行车测试模块，所述惯导/霍尔里程计组合系统精准定位的优化设计模块与所述行车测试模块相连接，本发明通过将所涉及的各种算法应用于实物平台上进行实验和调试，最终验证车载传感器信息融合算法的精确导引定位效果，验证数据采集后滤波算法优良滤波效果、短时间内惯性导引及组合定位的高精确度和高稳定性、长时间运行后系统纠偏处理的响应速度和反馈速率。和反馈速率。和反馈速率。
技术研发人员：程香平 邱伊健 韦江 贾晓东 胡强
受保护的技术使用者：江西省科学院应用物理研究所
技术研发日：2022.04.06
技术公布日：2022/7/4
