CN108802770B - 一种ins增强gnss的高精度动态定位检定基准 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种INS增强GNSS的高精度动态定位检定基准：首先，将多频GNSS载波（超）宽巷观测值与INS导航数据推算的观测值进行组合，建立多星座多频GNSS/INS融合定位模型；其次，采用卫星高度角决定模糊度优先固定次序并引入模糊度部分固定策略，以避免低高度角卫星模糊度固定错误的影响；然后，利用前向CKF滤波和后向RTS平滑进行迭代求取最终估计值，建立基于多源定位信息融合的周跳探测与修复及自适应抗差模型；最后，采用傅立叶或小波分析去除低频载体运动误差，从信号层面区分基准系统随机误差，追溯分误差产生的源头，标定测量误差，本发明更加客观地揭示GNSS动态定位误差产生机理与演变规律，对于GNSS相关检定标准建立具有重要的理论指导意义。
Description
技术领域
本发明属于计量检定技术领域，具体涉及一种INS增强GNSS的高精度动态定位检定基准。
背景技术
相对于静态场景，GNSS动态定位的瞬时性和空间变化特征显著，定位误差内部产生机制与外部环境影响更加复杂，如何有效评价动态条件下的GNSS定位性能一直是国际上研究的难点和热点问题。早在GPS系统开发期间，相关机构就开始了GNSS动态定位检定方法的研究，先后发展了几何轨迹检测、双天线检测和非卫星定位辅助检测等方法。但由于更高精度且不间断参考基准的缺失，目前主要通过野外基线场事后静态基线解算的方法进行评价。这种以“静”检“动”的评估方法难以客观反映环境因素(如多径)、载体运动特征对高精度定位性能的影响，如何在真实动态条件下评估高精度GNSS定位性能成为动态检定的新需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种INS增强GNSS的高精度动态定位检定基准，解决了高精度GNSS动态定位性能难以检测的技术难题，发展真实路测环境下的高精度GNSS动态定位检定理论与方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种INS增强GNSS的高精度动态定位检定基准，包括以下步骤：
(1)精确安装GNSS天线、精确测量杆臂值以及惯导对准后，将安装角误差及杆臂误差加入状态量，在载体大角度运动时，通过扩展卡尔曼滤波估计标定安装误差和杆臂静态误差，采用静态误差均值白噪声补偿杆臂动态误差；
(2)在精确安装、测量以及对准后，多频GNSS载波超宽巷、宽巷观测值与INS导航数据推算的观测值进行组合，建立多星座多频GNSS/INS融合定位模型，采用卫星高度角决定模糊度优先固定次序并引入模糊度部分固定策略，获取单历元解算的模糊度固定结果；
(3)在模糊度固定后，针对动态组合定位中的强非线性问题，利用前向CKF滤波和后向RTS平滑进行迭代求取最终估计值构建基于高斯-牛顿思想的迭代滤波模型；
(4)在完成基准设备搭建后，基于固定轨道比对测试得到基准系统总误差，采用傅立叶或小波分析去除低频载体运动误差，从信号层面区分基准系统随机误差，追溯分误差产生的源头，标定测量误差。
本发明是在确保参考基准和待检设备接收到同等质量且时空一致的GNSS观测信号的基础上，充分发挥多星座多频GNSS观测冗余数据，同时利用INS自主性强、不受环境干扰等的特性，构建多频GNSS定位为主、INS增强辅助的新型GNSS/INS紧组合定位新模式，进而通过与CORS站数据联合解算，形成一套INS增强GNSS的动态连续定位高精度检定基准。
多星座多频GNSS/INS融合定位模型采用几何无关的TCAR或CIR方法可靠地求解超宽巷和宽巷模糊度，并根据根据误差传播定律对模糊度取整失败率进行控制。
在可靠解得三频的两个超宽巷和宽巷模糊度之后，将其作为已知的整数值带入对应的观测方程，以提供约束进而增强多星座多频GNSS/INS融合定位模型模型强度，并在窄巷模糊度解算过程中引入INS信息进而约束模糊度搜索空间，提高模糊度解算效率。
采用卫星高度角决定模糊度优先固定次序并引入模糊度部分固定策略，通过模糊度固定验前成功率和验后Ratio检验决定模糊度子集固定是否通过，以避免低高度角卫星模糊度固定错误的影响。
本发明的有益效果是：
本发明通过建立更高精度且不间断的参考基准对GNSS动态定位误差等参数进行定量评价，相对于理论推算法和场景模拟法，能够顾及实际应用场景的时空环境变化因素的影响，有助于更加客观地揭示GNSS动态定位误差产生机理与演变规律，发展真实路测环境下高精度GNSS动态定位性能的评价理论与方法，对于GNSS星座系统运行优化、终端研制能力提升和GNSS相关检定标准建立具有重要的理论指导意义。
附图说明
图1为本发明的INS增强GNSS的高精度动态定位检定基准整体实现流程图；
图2为本发明的INS增强GNSS的高精度动态定位检定基准具体实现步骤图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图2所示，在精确安装GNSS天线、精确测量杆臂值以及惯导对准后，将安装角误差及杆臂误差加入状态量，在载体大角度运动时，通过扩展卡尔曼滤波估计标定安装误差和杆臂静态误差，采用静态误差均值白噪声补偿杆臂动态误差。
在精确安装、测量以及对准后，采用几何无关的TCAR或CIR方法单历元求解超宽巷和宽巷模糊度，同时根据观测值先验噪声水平和误差传播定律获得其解算方差，通过控制取整纳伪概率确定四舍五入取整的小数区间。在可靠解得三频的两个超宽巷和宽巷模糊度之后，将其作为已知的整数值带入对应的观测方程，以提供约束进而增强模型强度。在窄巷模糊度解算过程中，引入INS导航数据推算的观测信息来约束模糊度搜索空间，提高模糊度解算效率。同时，在模糊度固定过程中，采用卫星高度角决定模糊度优先固定次序，并引入模糊度部分固定策略，通过模糊度固定验前成功率和验后Ratio检验决定模糊度子集固定是否通过，以避免低高度角卫星模糊度固定错误的影响。组合系统模糊度解算方程如下：
式中，
为双差伪距，
为双差载波相位观测值，
为INS预测星地距，Xa为n维模糊度参数向量，Xb为位置误差改正数，Hb为设计矩阵，eINS为INS系统观测噪声，由组合滤波先验方程阵得到。
在模糊度固定后，针对动态组合定位中的强非线性问题，构建基于高斯-牛顿思想的迭代滤波模型。首先使用CKF基于容积原则以数值方式解决高斯域贝叶斯滤波的积分问题，避免线性截断误差造成的滤波发散；然后通过RTS平滑可以有效利用观测时间点前后的观测信息，得到更高估计精度，使迭代产生的定位解更接近于真实值，从而改进了滤波性能。在多次迭代后，可有效提高基准精度。
在完成基准设备搭建后，基于固定轨道比对测试得到基准系统总误差，采用傅立叶或小波分析去除低频载体运动误差，从信号层面区分基准系统随机误差，追溯分误差产生的源头，标定测量误差。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (4)
1.一种INS增强GNSS的高精度动态定位检定基准，其特征在于：包括以下步骤：
（1）精确安装GNSS天线、精确测量杆臂值以及惯导对准后，将安装角误差及杆臂误差加入状态量，在载体大角度运动时，通过扩展卡尔曼滤波估计标定安装误差和杆臂静态误差，采用静态误差均值白噪声补偿杆臂动态误差；
（2）在精确安装、测量以及对准后，多频GNSS载波超宽巷、宽巷观测值与INS导航数据推算的观测值进行组合，建立多星座多频GNSS/INS融合定位模型，采用卫星高度角决定模糊度优先固定次序并引入模糊度部分固定策略，获取单历元解算的模糊度固定结果；
（3）在模糊度固定后，针对动态组合定位中的强非线性问题，利用前向CKF滤波和后向RTS平滑进行迭代求取最终估计值构建基于高斯-牛顿思想的迭代滤波模型；
（4）在完成基准设备搭建后，基于固定轨道比对测试得到基准系统总误差，采用傅立叶或小波分析去除低频载体运动误差，从信号层面区分基准系统随机误差，追溯分误差产生的源头，标定测量误差。
2.根据权利要求1所述的一种INS增强GNSS的高精度动态定位检定基准，其特征在于：步骤（2）所述的多星座多频GNSS/INS融合定位模型采用几何无关的TCAR或CIR方法可靠地求解超宽巷和宽巷模糊度，并根据误差传播定律对模糊度取整失败率进行控制，根据观测值先验噪声水平和误差传播定律获得其解算方差，通过控制取整纳伪概率确定四舍五入取整的小数区间。
3.根据权利要求2所述的一种INS增强GNSS的高精度动态定位检定基准，其特征在于：在可靠解得三频的两个超宽巷和宽巷模糊度之后，将其作为已知的整数值带入对应的观测方程，以提供约束进而增强多星座多频GNSS/INS融合定位模型强度，并在窄巷模糊度解算过程中引入INS信息进而约束模糊度搜索空间，提高模糊度解算效率。
4.根据权利要求1所述的一种INS增强GNSS的高精度动态定位检定基准，其特征在于：步骤（2）所述的采用卫星高度角决定模糊度优先固定次序并引入模糊度部分固定策略，通过模糊度固定验前成功率和验后Ratio检验决定模糊度子集固定是否通过，以避免低高度角卫星模糊度固定错误的影响。
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