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基于多传感器融合的车载导航定位系统设计与实现

摘要

在山谷、雨林、城市高楼等复杂环境下，全球导航卫星系统信号易受到遮蔽，不

能够满足特种车辆的导航定位要求。单一形式的导航系统存在传感器误差，很难在复

杂环境下完成精准的导航定位，采用多传感器信息融合的方法能够解决车载导航系统

存在的量测信息异常、导航精度降低等问题，具有重要的理论价值和实践意义。

本文以惯性测量单元、全球导航卫星系统、里程计和即时定位与地图构建作为导

航传感器单元，实时计算单元对传感器数据进行采集并进行多源融合算法的半实物仿

真，最后由导航控制计算机完成全数字仿真建模、人机交互和模式调节。本论文主要

工作如下：

（1）为保证车载导航系统具备稳定安全的测试条件，对系统进行整体设计布局，

电气连接做出系统构建方案，传感器单元进行选型搭建，实时计算单元核心处理器以

及解算板各供电、通信、外围电路进行设计、绘制、焊接及调试，对仿真控制计算机

上位机仿真软件进行总体构建。

（2）为提升多传感器车载导航系统定位精度，本文提出针对多源信息融合的组合

导航方案，首先对各传感器进行建模标定和各子滤波器进行系统建模，其次探寻联邦

卡尔曼滤波器的基本理论与作用原理，最后对自适应无迹卡尔曼滤波组合导航系统方

程进行推导，并通过校园内跑车数据进行算法仿真验证。

（3）为保障系统的稳定性与鲁棒性，针对GNSS信息受到雨林、高楼等环境遮蔽

2

时以及惯性传感器信息有误时，能够及时检查并隔离故障信息，对检测算法原理以



及最小二乘支持向量回归算法进行推导，对系统故障检测方案做出总体布局，并提出

子滤波器故障检测策略以及惯性传感器故障检测策略，通过在卫星未拒止条件下以及

模拟IMU故障发生情况下的跑车数据验证系统的故障检测以及重构能力。

（4）为验证车载导航系统于实际地形复杂环境下能否满足定位精度要求，对车载

导航系统跑车实验平台进行搭建，通过对传感器静态跑车实验、数据存储绘制以及实

时地图跟踪测试，并分别在短航时、路况简单的校园内以及长航时、复杂地形校外路

段下进行多次重复综合导航验证实验，来验证系统硬件、软件功能、信息融合算法、

故障检测技术以及定位精度，保障车载导航系统可靠性。

关键词：车载导航系统；多传感器信息融合算法；故障检测技术；复杂环境干扰

基于多传感器融合的车载导航定位系统设计与实现

ABSTRACT

Incomplexenvironmentssuchasvalleys,rainforests,andurbanskyscrapers,global

navigationsatellitesystemsignalsareeasilyobscuredandcannotmeetthenavigationand

positioningrequirementsofspecialvehicles.Asingleformofnavigationsystemhassensor

errors,makingitdifficulttoachieveaccuratenavigationpositioningincomplexenvironments.

Theuseofmulti-sensorinformationfusioncansolvetheproblemsofabnormalmeasurement

informationandreducednavigationaccuracyinvehiclenavigationsystems,whichhas

importanttheoreticalvalueandpracticalsignificance.

Thisarticleusesinertialmeasurementun