CN108955851A - 利用ins和dtm确定gnss误差的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用INS和DTM确定GNSS误差的方法，属于GNSS误差确定技术领域。首先结合T时刻GNSS的量测值在DTM所在平面的误差分量▽_T,DTM和垂直于DTM平面的误差分量▽_T,V，获取T时刻GNSS的量测误差；不同时刻GNSS的量测误差独立且服从正态分布N(0,σ)，σ为标准差，对连续个M时刻的GNSS的量测误差进行采样，获取误差样本集；最后结合▽_T,DTM和▽_T,V，通过对所述误差样本集S进行均值和方差计算，获得无偏的GNSS量测误差标准差σ。本发明避免了GNSS接收机类型、外界环境等因素对GNSS量测误差的影响，进行精确的GNSS误差建模，稳定的确定GNSS量测误差，保证了DTM辅助的INS/GNSS滤波方案中滤波结果的可信度。

Description

利用INS和DTM确定GNSS误差的方法

技术领域

本发明涉及GNSS/INS组合定位技术领域，具体涉及一种利用INS和DTM确定GNSS误差的方法。

背景技术

经典的DTM辅助的INS/GNSS滤波方案中，GNSS和INS分别将量测信息和系统运动状态信息送入滤波单元，由滤波单元完成组合定位方案，然后送入DTM进行地图匹配，将定位结果匹配到DTM线路上，最终输出定位结果。滤波结果的精度不仅同滤波方案有关，同时受INS和GNSS误差影响，具体表现为INS提供的系统状态方差矩阵和GNSS提供的量测误差矩阵。其中，INS误差相对稳定，受环境影响较小。而GNSS误差同所选用的接收机类型、使用环境、选择的星座、使用地区等有关，只有精确的GNSS误差建模才能保证滤波结果的可信度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够对于GNSS误差进行动态建模，可准确描述GNSS误差的利用INS和DTM辅助确定GNSS误差的方法，以解决上述背景技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：

本发明提供的一种利用INS和DTM确定GNSS误差的方法，包括如下步骤：

步骤S110：结合T时刻GNSS的量测值在DTM所在平面的误差分量▽_T,DTM和垂直于DTM平面的误差分量▽_T,V，获取T时刻GNSS的量测误差为

步骤S120：不同时刻GNSS的量测误差独立且服从正态分布N(0,σ)，σ为标准差，对连续个M时刻的GNSS的量测误差进行采样，获取误差样本集

步骤S130：结合▽_T,DTM和▽_T,V，通过对所述误差样本集S进行均值和方差计算，获得无偏的GNSS量测误差标准差σ。

进一步的，所述步骤S130包括：

定义T时刻GNSS的量测位置为真实位置为P_T，INS推算位置为T-1时刻滤波估计位置为而

假设L6≈L4，则有

假设GNSS量测值在沿DTM方向独立同分布，

综合(5)(6)(7)，可得

综合公式(3)-(8)，可得

其中，L1表示T时刻实际位置与T时刻GNSS量测位置之间的距离，L2表示T-1时刻的实际位置与T-1时刻GNSS量测位置之间的距离，L3表示T时刻GNSS量测位置垂直投影到轨道平面的点到轨道的距离，L4表示T时刻INS推算位置与T-1时刻滤波估计位置之间的距离，L5表示T时刻GNSS量测位置与T-1时刻GNSS量测位置之间的距离，L6表示T-1时刻的实际位置与T时刻的实际位置之间的距离。

本发明有益效果：避免了GNSS接收机类型、外界环境等因素对GNSS量测误差的影响，进行精确的GNSS误差建模，稳定的确定GNSS量测误差，保证了DTM辅助的INS/GNSS滤波方案中滤波结果的可信度。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的现有DTM辅助的INS/GNSS滤波方案原理框图。

图2为本发明实施例所述的利用INS和DTM确定GNSS误差的方法流程示意图。

图3为本发明实施例一所述的利用INS和DTM确定GNSS误差的方法示意图。

图4为本发明实施例二所述的利用INS和DTM确定GNSS误差的方法示意图。

图5为本发明实施例三所述的利用INS和DTM确定GNSS误差的方法示意图。

图6为本发明实施例四所述的利用INS和DTM确定GNSS误差的方法示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或模块，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、模块和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本领域普通技术人员应当理解的是，附图只是一个实施例的示意图，附图中的部件或装置并不一定是实施本发明所必须的。

实施例一

经典的DTM辅助的INS/GNSS滤波方案如图1所示，GNSS和INS分别将量测信息和系统运动状态信息送入滤波单元，由滤波单元完成组合定位方案，然后送入DTM进行地图匹配，将定位结果匹配到DTM线路上，最终输出定位结果。滤波结果的精度不仅同滤波方案有关，同时受INS和GNSS误差影响，具体表现为INS提供的系统状态方差矩阵和GNSS提供的量测误差矩阵。其中，INS误差相对稳定，受环境影响较小。而GNSS误差同所选用的接收机类型、使用环境、选择的星座、使用地区等有关，只有精确的GNSS误差建模才能保证滤波结果的可信度。

如图2和图3所示，本发明实施例一提供一种利用INS和DTM确定GNSS误差的方法，定义T时刻GNSS的量测值在DTM所在平面的误差分量为▽_T,DTM，垂直于DTM平面的误差分量为▽_T,V，则T时刻GNSS量测误差为：

假设不同时刻GNSS的量测误差独立且服从正态分布N(0,σ)，σ为标准差。在连续的M个时刻对GNSS量测误差进行采样，获得样本S：

通过样本均值和方差的计算，获得无偏的GNSS量测误差标准差σ。

为了完成上述计算，需要首先计算▽_T,V和▽_T,DTM，如图3所示，定义T时刻GNSS的量测位置为真实位置为P_T，INS推算位置为T-1时刻滤波估计位置为L1、L2、L3、L4、L5、L6为两点间的距离。

其中，L1表示T时刻实际位置与T时刻GNSS量测位置之间的距离，L2表示T-1时刻的实际位置与T-1时刻GNSS量测位置之间的距离，L3表示T时刻GNSS量测位置垂直投影到轨道平面的点到轨道的距离，L4表示T时刻INS推算位置与T-1时刻滤波估计位置之间的距离，L5表示T时刻GNSS量测位置与T-1时刻GNSS量测位置之间的距离，L6表示T-1时刻的实际位置与T时刻的实际位置之间的距离。

▽_T,V定义为T时刻垂直于DTM平面的垂线长度，而

假设L6≈L4，则有

假设GNSS量测值在沿DTM方向独立同分布，

综合(5)(6)(7)，可得

综合公式(3)-(8)，可得

实施例二

如图2和图4所示，本发明实施例二提供的一种利用INS和DTM确定GNSS误差的方法，定义T时刻GNSS的量测值在DTM所在平面的误差分量为▽_T,DTM，垂直于DTM平面的误差分量为▽_T,V，则T时刻GNSS量测误差为：

假设不同时刻GNSS的量测误差独立且服从正态分布N(0,σ)，σ为标准差。在连续的M个时刻对GNSS量测误差进行采样，获得样本S：

通过样本均值和方差的计算，获得无偏的GNSS量测误差标准差σ。

为了完成上述计算，需要首先计算▽_T,V和▽_T,DTM，如图4所示，定义T时刻GNSS的量测位置为真实位置为P_T，INS推算位置为T-1时刻滤波估计位置为L1、L2、L3、L4、L5、L6为两点间的距离。

其中，L1表示T时刻实际位置与T时刻GNSS量测位置之间的距离，L2表示T-1时刻的实际位置与T-1时刻GNSS量测位置之间的距离，L3表示T时刻GNSS量测位置垂直投影到轨道平面的点到轨道的距离，L4表示T时刻INS推算位置与T-1时刻滤波估计位置之间的距离，L5表示T时刻GNSS量测位置与T-1时刻GNSS量测位置之间的距离，L6表示T-1时刻的实际位置与T时刻的实际位置之间的距离。

▽_T,V定义为T时刻垂直于DTM平面的垂线长度，而

假设L6≈L4，则有

假设GNSS量测值在沿DTM方向独立同分布，

综合(5)(6)(7)，可得

综合公式(3)-(8)，可得

实施例三

如图2和图5所示，本发明实施例三提供的一种利用INS和DTM确定GNSS误差的方法，定义T时刻GNSS的量测值在DTM所在平面的误差分量为▽_T,DTM，垂直于DTM平面的误差分量为▽_T,V，则T时刻GNSS量测误差为：

假设不同时刻GNSS的量测误差独立且服从正态分布N(0,σ)，σ为标准差。在连续的M个时刻对GNSS量测误差进行采样，获得样本S：

通过样本均值和方差的计算，获得无偏的GNSS量测误差标准差σ。

为了完成上述计算，需要首先计算▽_T,V和▽_T,DTM，如图5所示，定义T时刻GNSS的量测位置为真实位置为P_T，INS推算位置为T-1时刻滤波估计位置为L1、L2、L3、L4、L5、L6为两点间的距离。

其中，L1表示T时刻实际位置与T时刻GNSS量测位置之间的距离，L2表示T-1时刻的实际位置与T-1时刻GNSS量测位置之间的距离，L3表示T时刻GNSS量测位置垂直投影到轨道平面的点到轨道的距离，L4表示T时刻INS推算位置与T-1时刻滤波估计位置之间的距离，L5表示T时刻GNSS量测位置与T-1时刻GNSS量测位置之间的距离，L6表示T-1时刻的实际位置与T时刻的实际位置之间的距离。

▽_T,V定义为T时刻垂直于DTM平面的垂线长度，而

假设L6≈L4，则有

假设GNSS量测值在沿DTM方向独立同分布，

综合(5)(6)(7)，可得

综合公式(3)-(8)，可得

实施例四

如图2和图6所示，本发明实施例四提供的一种利用INS和DTM确定GNSS误差的方法，定义T时刻GNSS的量测值在DTM所在平面的误差分量为▽_T,DTM，垂直于DTM平面的误差分量为▽_T,V，则T时刻GNSS量测误差为：

假设不同时刻GNSS的量测误差独立且服从正态分布N(0,σ)，σ为标准差。在连续的M个时刻对GNSS量测误差进行采样，获得样本S：

通过样本均值和方差的计算，获得无偏的GNSS量测误差标准差σ。

为了完成上述计算，需要首先计算▽_T,V和▽_T,DTM，如图6所示，定义T时刻GNSS的量测位置为真实位置为P_T，INS推算位置为T-1时刻滤波估计位置为L1、L2、L3、L4、L5、L6为两点间的距离。

其中，L1表示T时刻实际位置与T时刻GNSS量测位置之间的距离，L2表示T-1时刻的实际位置与T-1时刻GNSS量测位置之间的距离，L3表示T时刻GNSS量测位置垂直投影到轨道平面的点到轨道的距离，L4表示T时刻INS推算位置与T-1时刻滤波估计位置之间的距离，L5表示T时刻GNSS量测位置与T-1时刻GNSS量测位置之间的距离，L6表示T-1时刻的实际位置与T时刻的实际位置之间的距离。

▽_T,V定义为T时刻垂直于DTM平面的垂线长度，而

假设L6≈L4，则有

假设GNSS量测值在沿DTM方向独立同分布，

综合(5)(6)(7)，可得

综合公式(3)-(8)，可得

综上所述，本发明实施例所述的利用INS和DTM确定GNSS误差的方法，能够对于GNSS误差进行动态建模，可准确描述GNSS误差，保证了GNSS/INS组合定位中滤波结果的可信度和准确性。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种利用INS和DTM确定GNSS误差的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S110：结合T时刻GNSS的量测值在DTM所在平面的误差分量和垂直于DTM平面的误差分量获取T时刻GNSS的量测误差为

步骤S120：不同时刻GNSS的量测误差独立且服从正态分布N(0,σ)，σ为标准差，对连续个M时刻的GNSS的量测误差进行采样，获取误差样本集

步骤S130：结合和通过对所述误差样本集S进行均值和方差计算，获得无偏的GNSS量测误差标准差σ。

2.根据权利要求1所述的利用INS和DTM确定GNSS误差的方法，其特征在于，所述步骤S130包括：

定义T时刻GNSS的量测位置为真实位置为P_T，INS推算位置为T-1时刻滤波估计位置为而

假设L6≈L4，则有

假设GNSS量测值在沿DTM方向独立同分布，

综合(5)(6)(7)，可得

综合公式(3)-(8)，可得

其中，L1表示T时刻实际位置与T时刻GNSS量测位置之间的距离，L2表示T-1时刻的实际位置与T-1时刻GNSS量测位置之间的距离，L3表示T时刻GNSS量测位置垂直投影到轨道平面的点到轨道的距离，L4表示T时刻INS推算位置与T-1时刻滤波估计位置之间的距离，L5表示T时刻GNSS量测位置与T-1时刻GNSS量测位置之间的距离，L6表示T-1时刻的实际位置与T时刻的实际位置之间的距离。