CN111578935A - 一种利用惯导位置增量辅助gnss模糊度固定的方法 - Google Patents

一种利用惯导位置增量辅助gnss模糊度固定的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111578935A
CN111578935A CN202010379577.3A CN202010379577A CN111578935A CN 111578935 A CN111578935 A CN 111578935A CN 202010379577 A CN202010379577 A CN 202010379577A CN 111578935 A CN111578935 A CN 111578935A
Authority
CN
China
Prior art keywords
value
representing
ambiguity
difference
double
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010379577.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111578935B (zh
Inventor
李团
施闯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN202010379577.3A priority Critical patent/CN111578935B/zh
Publication of CN111578935A publication Critical patent/CN111578935A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111578935B publication Critical patent/CN111578935B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/40—Correcting position, velocity or attitude
    • G01S19/41—Differential correction, e.g. DGPS [differential GPS]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/45—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement
    • G01S19/47—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement the supplementary measurement being an inertial measurement, e.g. tightly coupled inertial

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

本发明公开了一种利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法，采用载波相位差分GNSS/INS紧组合方式，即在原始GNSS伪距和载波相位观测值层面进行信息融合，利用惯导递推的相对位置增量辅助GNSS RTK模糊度解算。为了提高模糊度固定的成功率和可靠性，模糊度固定过程中采用滑动窗口的方式联合利用多个历元的观测值，采用批处理的方式解算模糊度。模糊度固定成功后将对应的高精度载波相位OMC值与IMU观测值进行融合实现高精度高可靠的定位定姿，克服了传统INS辅助模糊度固定方法在组合系统位置出现有偏时阻碍模糊度正确固定的缺陷，提高了GNSS RTK/INS紧组合的可靠性和可用性。

Description

一种利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法
技术领域
本发明涉及GNSS/INS组合导航数据处理技术领域，尤其涉及一种利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法。
背景技术
基于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的实时动态差分定位技术(Real-time Kinematics,RTK)可以实时获取厘米级的高精度三维位置信息。获取厘米级高精度定位的前提是正确地固定载波相位整周模糊度。在开阔天空环境下，采用双频观测值能够迅速可靠地固定整周模糊度。然而，在复杂GNSS观测环境(例如城市)中，GNSS信号不可避免地会被遮挡和干扰，此时，GNSS定位的精度、连续性和可靠性将不可避免地降低。
惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)是一种以牛顿定律为基础的完全自主的导航系统，具有自主工作、导航参数完备和短期精度高等优点。将INS与GNSS进行有效融合可实现优势互补，提升各自的导航性能。其中，基于GNSS载波相位观测值层面的RTK/INS紧组合可以利用INS的短期高精度位置信息来辅助GNSS模糊度解算，模糊度固定成功后可利用高精度的载波相位观测值辅助INS实现高精度定位定姿。
GNSS RTK/INS紧组合实现厘米级定位的关键在于GNSS载波相位观测值的整周模糊度解算。传统的方法均通过INS预测的绝对位置信息作为约束来辅助模糊度固定。然而，对于RTK/INS紧组合而言，如果当前历元接受了错误的模糊度并将其用于紧组合滤波更新，那么紧组合的位置分量将会出现偏差。如果继续使用带有偏差的绝对位置约束去辅助后续历元的模糊度解算，那么该错误的约束将会阻止后续历元模糊度的正确固定，甚至导致紧组合滤波发散。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法，用以有效克服传统方法的固有缺陷并提高模糊度固定的可靠性。
因此，本发明提供了一种利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法，包括如下步骤：
S1：在当前GNSS历元下，利用INS递推的位置信息辅助GNSS周跳探测，筛选出无周跳的卫星，并从所述无周跳的卫星中，选出高度角最高的卫星作为参考卫星，其余卫星为非参考卫星；根据基准站坐标、INS递推的流动站坐标、非参考卫星坐标以及参考卫星坐标，计算出几何双差距离；根据基准站接收机和流动站接收机接收参考卫星和非参考卫星的信号转化成的伪距观测值，计算出伪距双差观测值；根据基准站接收机和流动站接收机接收参考卫星和非参考卫星的信号转化成的载波相位观测值，计算出载波相位双差观测值；将所述几何双差距离分别与所述伪距双差观测值和所述载波相位双差观测值作差，得到伪距OMC值和载波相位OMC值；
S2：将当前GNSS历元与前一GNSS历元之间INS递推的流动站的相对位置增量测量值作为虚拟观测值，将当前GNSS历元的虚拟观测值、伪距OMC值和载波相位OMC值以及之前预设时间间隔内的所有GNSS历元的虚拟观测值、伪距OMC值和载波相位OMC值作为滑动窗口进行模糊度批处理解算，得到模糊度浮点解和模糊度浮点解的协方差矩阵；
S3：根据解算得到的模糊度浮点解和对应的协方差矩阵计算ratio检验值和BootStrapping成功率，判断是否ratio检验值大于第一阈值且BootStrapping成功率大于第二阈值；若否，则执行步骤S4后执行步骤S11；若是，则执行步骤S5；
S4：将解算得到的模糊度浮点解代入载波相位OMC值；
S5：将各个滑动窗口内独立解算且固定的模糊度进行比较，判断各个滑动窗口内同一个GNSS历元的模糊度固定解是否相同；若是；则执行步骤S6后执行步骤S11；若否，则执行步骤S7；
S6：确认模糊度全部正确固定，将全部正确固定的模糊度代入载波相位OMC值；
S7：将部分正确固定的模糊度作为约束重新进行模糊度批处理解算，并根据解算得到的模糊度浮点解和对应的协方差矩阵计算ratio检验值和BootStrapping成功率，判断是否ratio检验值大于第一阈值且BootStrapping成功率大于第二阈值；若是，则执行步骤S8；若否，则执行步骤S10后执行步骤S11；
S8：搜索各个滑动窗口内不相同的模糊度固定解，利用部分正确固定的模糊度和搜索的模糊度固定解重新计算流动站坐标，并与利用部分正确固定的模糊度计算的流动站坐标进行对比，判断对比的差异是否小于第三阈值；若是，则执行步骤S9后执行步骤S11；若否，则执行步骤S10后执行步骤S11；
S9：将新搜索出来的模糊度固定解与部分正确固定的模糊度代入载波相位OMC值；
S10：将部分正确固定的模糊度代入载波相位OMC值；
S11：将载波相位OMC值与惯性传感器输出的IMU观测值进行融合，实时在线估计IMU传感器误差、位置误差、速度误差和姿态误差，采用闭环校正对IMU传感器误差和导航参数误差、位置误差、速度误差和姿态误差进行反馈校正，输出最终的位置、速度和姿态结果；
返回步骤S1，进行后一GNSS历元的观测数据处理，直至处理完后续历元的观测数据。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法中，步骤S1，在当前GNSS历元下，利用INS递推的位置信息辅助GNSS周跳探测，筛选出无周跳的卫星，并从所述无周跳的卫星中，选出高度角最高的卫星作为参考卫星，其余卫星为非参考卫星；根据基准站坐标、INS递推的流动站坐标、非参考卫星坐标以及参考卫星坐标，计算出几何双差距离；根据基准站接收机和流动站接收机接收参考卫星和非参考卫星的信号转化成的伪距观测值，计算出伪距双差观测值；根据基准站接收机和流动站接收机接收参考卫星和非参考卫星的信号转化成的载波相位观测值，计算出载波相位双差观测值；将所述几何双差距离分别与所述伪距双差观测值和所述载波相位双差观测值作差，得到伪距OMC值和载波相位OMC值，具体包括：
载波相位差分GNSS/INS紧组合模型包括误差状态模型和观测模型，导航坐标系选为地心地固坐标系，误差状态模型为：
Figure BDA0002481499480000041
其中，
Figure BDA0002481499480000042
和
Figure BDA0002481499480000043
分别表示位置误差、速度误差和姿态误差，
Figure BDA0002481499480000044
表示位置误差的时间导数，
Figure BDA0002481499480000045
表示速度误差的时间导数，
Figure BDA0002481499480000046
表示姿态误差的时间导数，
Figure BDA0002481499480000047
表示载体坐标系到导航坐标系的旋转矩阵，fb表示加速度计输出的比力，δfb表示加速度计输出的比力的误差，
Figure BDA0002481499480000048
表示地球自转角速度，
Figure BDA0002481499480000049
表示
Figure BDA00024814994800000410
的反对称矩阵，
Figure BDA00024814994800000411
表示陀螺输出的角速度误差，δge表示重力误差，δbg表示陀螺的零偏误差，δba表示加速度计的零偏误差，
Figure BDA00024814994800000414
表示陀螺的零偏误差的时间导数，
Figure BDA00024814994800000415
表示加速度计的零偏误差的时间导数，
Figure BDA00024814994800000412
表示陀螺的零偏误差对应的一阶高斯马尔科夫相关时间，
Figure BDA00024814994800000413
表示加速度计的零偏误差对应的一阶高斯马尔科夫相关时间，wg表示陀螺的零偏误差对应的驱动白噪声，wa表示加速度计的零偏误差对应的驱动白噪声；
对于每颗卫星有如下的观测方程：
Figure BDA0002481499480000051
其中，
Figure BDA0002481499480000052
表示双差算子，下标b和r分别表示基准站和流动站，上标m和n分别表示参考卫星和非参考卫星；P和
Figure BDA0002481499480000053
分别表示伪距观测值和载波相位观测值，ρ表示接收机到卫星的几何距离，T和I分别表示对流层延迟和电离层延迟，λ和N分别表示载波波长和载波相位整周模糊度；
Figure BDA0002481499480000054
表示基准站和流动站对参考卫星和非参考卫星形成的伪距双差观测值，
Figure BDA0002481499480000055
表示基准站和流动站对参考卫星和非参考卫星形成的几何双差距离，
Figure BDA0002481499480000056
表示基准站和流动站对参考卫星和非参考卫星形成的双差对流层延迟，
Figure BDA0002481499480000057
表示准站和流动站对参考卫星和非参考卫星形成的双差电离层延迟，
Figure BDA0002481499480000058
表示基准站和流动站对参考卫星和非参考卫星形成的载波相位双差观测值，
Figure BDA0002481499480000059
表示基准站和流动站对参考卫星和非参考卫星形成的载波相位双差模糊度，
Figure BDA00024814994800000510
表示伪距双差观测值的噪声，
Figure BDA00024814994800000511
表示载波相位双差观测值的噪声；
根据单颗卫星的观测方程，建立任一GNSS历元tk时刻的观测模型如下：
Zk＝Hkδxk+ηk (3)
其中，Hk表示紧组合设计矩阵，用于描述滤波更新的观测量与系统误差状态之间的投影关系，观测量包括伪距双差观测值和载波相位双差观测值；ηk表示量测噪声向量；Zk表示滤波观测量；δxk表示待估计的误差状态量；
对于任一可观测到的卫星j，当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1之间INS递推的双差载波相位增量表示为：
Figure BDA00024814994800000512
其中，
Figure BDA00024814994800000513
表示使用惯导递推的GNSS天线处的位置计算的几何双差距离，
Figure BDA00024814994800000514
和
Figure BDA00024814994800000515
分别表示tk时刻和tk-1时刻的几何双差距离；当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的载波相位增量通过下式计算：
Figure BDA00024814994800000516
其中，
Figure BDA00024814994800000517
表示以周为单位的载波相位测量值，
Figure BDA00024814994800000518
和
Figure BDA00024814994800000519
分别表示tk时刻和tk-1时刻的载波相位双差观测值；将公式(5)与公式(4)作差后得到周跳探测的决策量为：
Figure BDA0002481499480000061
周跳探测的决策量的阈值使用经验值：
Figure BDA0002481499480000062
其中，γ表示根据经验选择的比例因子；ej表示从流动站接收机位置到第j颗卫星位置的单位视线向量，
Figure BDA0002481499480000063
表示ej的转置；Pδv表示组合导航卡尔曼滤波器协方差矩阵中速度误差对应的协方差子块矩阵。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法中，步骤S2，将当前GNSS历元与前一GNSS历元之间INS递推的流动站的相对位置增量测量值作为虚拟观测值，将当前GNSS历元的虚拟观测值、伪距OMC值和载波相位OMC值以及之前预设时间间隔内的所有GNSS历元的虚拟观测值、伪距OMC值和载波相位OMC值作为滑动窗口进行模糊度批处理解算，得到模糊度浮点解和模糊度浮点解的协方差矩阵，具体包括：
设流动站接收机在当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的近似坐标分别为
Figure BDA0002481499480000064
和
Figure BDA0002481499480000065
则流动站接收机在当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的坐标真值分别表示为：
Figure BDA0002481499480000066
Figure BDA0002481499480000067
其中，
Figure BDA0002481499480000068
和
Figure BDA0002481499480000069
分别表示流动站接收机在当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的位置改正项；根据惯导递推的位置增量
Figure BDA00024814994800000610
得到当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的近似坐标满足如下关系式：
Figure BDA00024814994800000611
流动站接收机在当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的坐标真值用惯导递推的位置增量真值表达为：
Figure BDA0002481499480000071
其中，ΔXINS表示惯导递推的位置增量真值；综合公式(8)、公式(9)、公式(10)和公式(11)得到：
Figure BDA0002481499480000072
惯导递推的位置增量的精度的标准差通过组合导航卡尔曼滤波器中的速度误差协方差计算得到：
Figure BDA0002481499480000073
其中，Pδv表示组合导航卡尔曼滤波器协方差中速度误差对应的协方差子块矩阵；将公式(12)作为虚拟观测值，结合当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的伪距OMC值和载波相位OMC值，得到如下模糊度解算模型：
Figure BDA0002481499480000074
其中，nk表示tk时刻待求模糊度的个数；
Figure BDA00024814994800000721
表示利用INS推算的流动站接收机近似坐标和卫星坐标计算的几何双差距离；
Figure BDA0002481499480000075
和
Figure BDA0002481499480000076
分别表示tk-1和tk时刻的紧组合设计矩阵，由各颗卫星的双差方向余弦构成；Λ表示对角矩阵，包含各颗卫星的载波波长；I3×3表示单位矩阵；
Figure BDA0002481499480000077
和
Figure BDA0002481499480000078
分别表示tk-1和tk时刻伪距双差测量值的误差改正数，
Figure BDA0002481499480000079
和
Figure BDA00024814994800000710
分别表示tk-1和tk时刻载波相位双差观测值的误差改正数，εINS表示惯导推算的位置增量误差改正数，
Figure BDA00024814994800000711
表示待求解的双差模糊度参数，
Figure BDA00024814994800000712
和
Figure BDA00024814994800000713
分别表示tk-1和tk时刻的伪距双差观测值，
Figure BDA00024814994800000714
和
Figure BDA00024814994800000715
分别表示tk-1和tk时刻的载波相位双差观测值，
Figure BDA00024814994800000716
和
Figure BDA00024814994800000717
分别表示tk-1时刻和tk时刻的几何双差距离，
Figure BDA00024814994800000718
表示nk×3的零向量，03×1表示3×1的零向量，
Figure BDA00024814994800000719
表示nk×nk的零向量，
Figure BDA00024814994800000720
表示3×nk的零向量。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法中，步骤S3中，根据解算得到的模糊度浮点解和对应的协方差矩阵计算ratio检验值和BootStrapping成功率，具体包括：
Ratio检验值定义为次优模糊度残差二次型和最优模糊度残差二次型的比值，计算公式为：
Figure BDA0002481499480000081
其中，
Figure BDA0002481499480000082
表示模糊度浮点解，和
Figure BDA0002481499480000084
分别表示次优整数模糊度组和最优整数模糊度组，
Figure BDA0002481499480000085
表示模糊度协方差矩阵；
BootStrapping成功率的计算公式如下：
Figure BDA0002481499480000086
其中，
Figure BDA0002481499480000087
表示整数变换后的模糊度标准差，Φ表示标准正太分布函数。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法中，步骤S3中，第一阈值为3，第二阈值为0.99。
在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法中，步骤S8中，第三阈值为0.25米。
本发明提供的上述利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法，采用载波相位差分GNSS/INS紧组合方式，即在原始GNSS伪距和载波相位观测值层面进行信息融合，利用惯导递推的相对位置增量辅助GNSS RTK模糊度解算。为了提高模糊度固定的成功率和可靠性，模糊度固定过程中采用滑动窗口的方式联合利用多个历元的观测值，采用批处理的方式解算模糊度。模糊度固定成功后将对应的高精度载波相位OMC值与IMU观测值进行融合实现高精度高可靠的定位定姿。本发明提出了利用INS相对位置增量辅助差分GNSS模糊度固定的新方法，克服了传统INS辅助模糊度固定方法在组合系统位置出现有偏时阻碍模糊度正确固定的缺陷，提高了GNSS RTK/INS紧组合的可靠性和可用性。
附图说明
图1为本发明提供的一种利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本发明。
本发明提供的一种利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1：在当前GNSS历元下，利用INS递推的位置信息辅助GNSS周跳探测，筛选出无周跳的卫星，并从无周跳的卫星中，选出高度角最高的卫星作为参考卫星，其余卫星为非参考卫星；根据基准站坐标、INS递推的流动站坐标、非参考卫星坐标以及参考卫星坐标，计算出几何双差距离；根据基准站接收机和流动站接收机接收参考卫星和非参考卫星的信号转化成的伪距观测值，计算出伪距双差观测值；根据基准站接收机和流动站接收机接收参考卫星和非参考卫星的信号转化成的载波相位观测值，计算出载波相位双差观测值；将几何双差距离分别与伪距双差观测值和载波相位双差观测值作差，得到伪距OMC值和载波相位OMC值；
S2：将当前GNSS历元与前一GNSS历元之间INS递推的流动站的相对位置增量测量值作为虚拟观测值，将当前GNSS历元的虚拟观测值、伪距OMC值和载波相位OMC值以及之前预设时间间隔内的所有GNSS历元的虚拟观测值、伪距OMC值和载波相位OMC值作为滑动窗口进行模糊度批处理解算，得到模糊度浮点解和模糊度浮点解的协方差矩阵；利用滑动窗口的方式对多个历元进行批处理，可以提高模糊度固定的成功率和可靠性；
S3：根据解算得到的模糊度浮点解和对应的协方差矩阵计算ratio检验值和BootStrapping成功率，判断是否ratio检验值大于第一阈值且BootStrapping成功率大于第二阈值；若否，则执行步骤S4后执行步骤S11；若是，则执行步骤S5；
S4：将解算得到的模糊度浮点解代入载波相位OMC值；
S5：将各个滑动窗口内独立解算且固定的模糊度进行比较，判断各个滑动窗口内同一个GNSS历元的模糊度固定解是否相同；若是；则执行步骤S6后执行步骤S11；若否，则执行步骤S7；
S6：确认模糊度全部正确固定，将全部正确固定的模糊度代入载波相位OMC值；
S7：将部分正确固定的模糊度作为约束重新进行模糊度批处理解算，并根据解算得到的模糊度浮点解和对应的协方差矩阵计算ratio检验值和BootStrapping成功率，判断是否ratio检验值大于第一阈值且BootStrapping成功率大于第二阈值；若是，则执行步骤S8；若否，则执行步骤S10后执行步骤S11；
S8：搜索各个滑动窗口内不相同的模糊度固定解，利用部分正确固定的模糊度和搜索的模糊度固定解重新计算流动站坐标，并与利用部分正确固定的模糊度计算的流动站坐标进行对比，判断对比的差异是否小于第三阈值；若是，则执行步骤S9后执行步骤S11；若否，则执行步骤S10后执行步骤S11；
S9：将新搜索出来的模糊度固定解与部分正确固定的模糊度代入载波相位OMC值；
S10：将部分正确固定的模糊度代入载波相位OMC值；
S11：将载波相位OMC值与惯性传感器输出的IMU观测值进行融合，实时在线估计IMU传感器误差、位置误差、速度误差和姿态误差，采用闭环校正对IMU传感器误差和导航参数误差、位置误差、速度误差和姿态误差进行反馈校正，输出最终的位置、速度和姿态结果；
具体地，数据融合算法包括但不限于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)、无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)或者图优化(GraphOptimization)等；
返回步骤S1，进行后一GNSS历元的观测数据处理，直至处理完后续历元的观测数据。
本发明提供的上述利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法，载波相位差分GNSS/INS紧组合的实现方式为：利用基准值坐标、INS递推的流动站坐标、参考卫星坐标及非参考卫星坐标，计算几何双差距离；根据伪距观测值和载波相位观测值计算伪距双差观测值和载波相位观测值；将几何双差距离分别与伪距双差观测值和载波相位双差观测值作差，得到伪距OMC值和载波相位OMC值；将模糊度固定后的载波相位双差观测值与IMU测量值进行融合，在线估计出IMU的误差并输出高精度位置、速度和姿态信息。
本发明提供的上述利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法，惯导辅助GNSSRTK模糊度固定的实现方式为：将相邻两个GNSS历元间INS递推的流动站的相对位置增量测量值作为虚拟观测值，用于辅助模糊度固定；在模糊度固定过程中，采用滑动窗口的方式联合利用多个GNSS历元的虚拟观测值、伪距OMC值和载波相位OMC值批处理解算出模糊度参数，并对批处理固定的滑动窗口内的模糊度进行严格检核；在批处理解算滑动窗口内的模糊度参数时，利用INS递推的流动站的相对位置增量值进行周跳探测，进一步增强模糊度解算模型的强度。
本发明提供的上述利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法，滑动窗口内的模糊度检核的实现方式为：综合利用ratio检验值和BootStrapping成功率来验证批处理解算模糊度固定是否正确，将各个滑动窗口内独立解算且固定的模糊度进行比较，各滑动窗口独立解算的模糊度相同的视为全部正确固定。
本发明提供的上述利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法，高精度载波相位OMC值与IMU观测值进行融合的实现方式为：数据融合算法包括但不限于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)、无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)或者图优化(Graph Optimization)等。
下面通过一个具体的实施例对本发明提供的上述利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法的具体实施进行详细说明。
实施例1：
一、载波相位差分GNSS/INS紧组合解算
基于Kalman滤波的载波相位差分GNSS/INS紧组合将伪距观测值、载波相位观测值输入到Kalman滤波器中，在线实时估计IMU传感器误差和导航参数(位置、速度和姿态)误差，并采用闭环修正对IMU传感器误差和导航参数误差进行反馈校正。载波相位差分GNSS/INS紧组合模型包括误差状态模型和观测模型，二者是基于滤波的紧组合方法的核心模块。导航坐标系选为地心地固坐标系(Earth-Centered Earth-Fixed，ECEF)，则紧组合模型的误差状态模型可表示为：
Figure BDA0002481499480000121
其中，
Figure BDA0002481499480000122
和
Figure BDA0002481499480000123
分别表示位置误差、速度误差和姿态误差，
Figure BDA0002481499480000124
表示位置误差的时间导数，
Figure BDA0002481499480000125
表示速度误差的时间导数，
Figure BDA0002481499480000126
表示姿态误差的时间导数，
Figure BDA0002481499480000127
表示载体坐标系到导航坐标系的旋转矩阵，fb表示加速度计输出的比力，δfb表示加速度计输出的比力的误差，
Figure BDA0002481499480000128
表示地球自转角速度，
Figure BDA0002481499480000129
表示
Figure BDA00024814994800001210
的反对称矩阵，
Figure BDA00024814994800001211
表示陀螺输出的角速度误差，δge表示重力误差，δbg表示陀螺的零偏误差，δba表示加速度计的零偏误差，
Figure BDA00024814994800001215
表示陀螺的零偏误差的时间导数，
Figure BDA00024814994800001214
表示加速度计的零偏误差的时间导数，
Figure BDA00024814994800001212
表示陀螺的零偏误差对应的一阶高斯马尔科夫相关时间，
Figure BDA00024814994800001213
表示加速度计的零偏误差对应的一阶高斯马尔科夫相关时间，wg表示陀螺的零偏误差对应的驱动白噪声，wa表示加速度计的零偏误差对应的驱动白噪声；
载波相位差分GNSS/INS紧组合模型的观测模型是建立观测值与系统状态参数之间的函数关系，观测值主要包括伪距双差观测值和载波相位双差观测值。对于每颗卫星有如下的观测方程：
Figure BDA0002481499480000131
其中，
Figure BDA0002481499480000132
表示双差算子，下标b和r分别表示基准站和流动站，上标m和n分别表示参考卫星和非参考卫星；P和
Figure BDA0002481499480000133
分别表示伪距观测值和载波相位观测值，ρ表示接收机到卫星的几何距离，T和I分别表示对流层延迟和电离层延迟，λ和N分别表示载波波长和载波相位整周模糊度，测量噪声含有多路径效应等其它未模型化的误差；
Figure BDA0002481499480000134
表示基准站和流动站对参考卫星和非参考卫星形成的伪距双差观测值，
Figure BDA0002481499480000135
表示基准站和流动站对参考卫星和非参考卫星形成的几何双差距离，
Figure BDA0002481499480000136
表示基准站和流动站对参考卫星和非参考卫星形成的双差对流层延迟，
Figure BDA0002481499480000137
表示准站和流动站对参考卫星和非参考卫星形成的双差电离层延迟，
Figure BDA0002481499480000138
表示基准站和流动站对参考卫星和非参考卫星形成的载波相位双差观测值，
Figure BDA0002481499480000139
表示基准站和流动站对参考卫星和非参考卫星形成的载波相位双差模糊度，
Figure BDA00024814994800001310
表示伪距双差观测值的噪声，
Figure BDA00024814994800001311
表示载波相位双差观测值的噪声；
根据单颗卫星的观测方程，可建立任一GNSS历元tk时刻的观测模型如下：
Zk＝Hkδxk+ηk (3)
其中，Hk表示紧组合设计矩阵，用于描述滤波更新的观测量与系统误差状态之间的投影关系，观测量包括伪距双差观测值和载波相位双差观测值；ηk表示量测噪声向量；Zk表示滤波观测量；δxk表示待估计的误差状态量；
在建立起载波相位差分GNSS/INS紧组合的误差状态模型和观测模型后，采用扩展卡尔曼滤波对二者进行融合解算，在线估计出IMU传感器误差和导航参数误差，每次滤波完成后进行闭环校正并输出组合导航结果。
二、INS预测的相位增量法周跳探测
利用INS位置测量约束辅助模糊度解算模型往往需要联合多个历元的观测信息来提高模糊度固定的成功率和可靠性，因此，有必要对周跳进行探测从而减少需要求解的模糊度参数个数。本发明采用INS预测的相位增量法来探测周跳，具体实施方式如下：
对于任一可观测到的卫星j，当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1之间INS递推的双差载波相位增量可表示为：
Figure BDA0002481499480000141
其中，
Figure BDA0002481499480000142
表示使用惯导递推的GNSS天线处的位置计算的几何双差距离，
Figure BDA0002481499480000143
和
Figure BDA0002481499480000144
分别表示tk时刻和tk-1时刻的几何双差距离；类似地，流动站接收机在当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1测量得到的载波相位增量可通过下式计算：
Figure BDA0002481499480000145
其中，
Figure BDA0002481499480000146
表示以周为单位的载波相位测量值，
Figure BDA0002481499480000147
和
Figure BDA0002481499480000148
分别表示tk时刻和tk-1时刻的载波相位双差观测值；将公式(5)与公式(4)作差后可得周跳探测的决策量(Detection Term,DT)为：
Figure BDA0002481499480000149
周跳探测的决策量DT的阈值可以根据INS递推的载波相位增量的统计特性确定，或者，也可以使用经验值：
Figure BDA00024814994800001410
其中，γ表示根据经验选择的比例因子；ej表示从流动站接收机位置到第j颗卫星位置的单位视线向量(Light-of-Sight，LOS)，
Figure BDA00024814994800001411
表示ej的转置；Pδv表示组合导航卡尔曼滤波器协方差矩阵中速度误差对应的协方差子块矩阵。
三、INS相对位置测量辅助模糊度解算
在紧组合中，通过数据的融合解算，可以实时估计出IMU传感器误差和导航参数误差，从而使得INS具备短时高精度位置递推的能力。从本质上讲，INS能提供可靠的相对位置、速度和姿态信息，基于此，本发明提出利用相对位置增量辅助模糊度解算的方法，具体实施方式如下：
设流动站接收机在当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的近似坐标分别为
Figure BDA0002481499480000151
和
Figure BDA0002481499480000152
则流动站接收机在当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的坐标真值可分别表示为：
Figure BDA0002481499480000153
Figure BDA0002481499480000154
其中，
Figure BDA0002481499480000155
和
Figure BDA0002481499480000156
分别表示流动站接收机在当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的位置改正项；根据惯导递推的位置增量
Figure BDA0002481499480000157
可得当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的近似坐标满足如下关系式：
Figure BDA0002481499480000158
流动站接收机在当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的坐标真值可用惯导递推的位置增量真值表达为：
Figure BDA0002481499480000159
其中，ΔXINS表示惯导递推的位置增量真值；综合公式(8)、公式(9)、公式(10)和公式(11)可得：
Figure BDA00024814994800001510
公式(12)表明，如果惯导递推的位置增量不含误差，则相邻历元的位置改正量将相等，显然，公式(12)在相邻历元间构成了一个相对约束关系，该约束将动态定位转变为准静态定位(考虑到惯导递推的位置增量含有误差)，这体现了INS提供相对测量的本质。
为了正确利用上述相对约束辅助模糊度解算，需要合理地确定惯导递推的位置增量的精度(可视为一种观测值)，惯导递推的位置增量的精度的标准差可通过组合导航卡尔曼滤波器中的速度误差协方差计算得到：
Figure BDA0002481499480000161
其中，Pδv表示组合导航卡尔曼滤波器协方差中速度误差对应的协方差子块矩阵；将公式(12)作为虚拟观测值，结合当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的伪距OMC值和载波相位OMC值，得到如下模糊度解算模型(假设相邻历元的观测卫星相同且载波相位观测值不含有周跳)：
Figure BDA0002481499480000162
其中，nk表示tk时刻待求模糊度的个数；
Figure BDA0002481499480000163
表示利用INS推算的流动站接收机近似坐标和卫星坐标计算的几何双差距离；
Figure BDA0002481499480000164
和
Figure BDA0002481499480000165
分别表示tk-1和tk时刻的紧组合设计矩阵，由各颗卫星的双差方向余弦构成；Λ表示对角矩阵，包含各颗卫星的载波波长；I3×3表示单位矩阵；
Figure BDA0002481499480000166
和
Figure BDA0002481499480000167
分别表示tk-1和tk时刻伪距双差测量值的误差改正数，
Figure BDA0002481499480000168
和
Figure BDA0002481499480000169
分别表示tk-1和tk时刻载波相位双差观测值的误差改正数，εINS表示惯导推算的位置增量误差改正数，
Figure BDA00024814994800001610
表示待求解的双差模糊度参数，
Figure BDA00024814994800001611
和
Figure BDA00024814994800001612
分别表示tk-1和tk时刻的伪距双差观测值，
Figure BDA00024814994800001613
和
Figure BDA00024814994800001614
分别表示tk-1和tk时刻的载波相位双差观测值，
Figure BDA00024814994800001615
和
Figure BDA00024814994800001616
分别表示tk-1时刻和tk时刻的几何双差距离，
Figure BDA00024814994800001617
表示nk×3的零向量，03×1表示3×1的零向量，
Figure BDA00024814994800001618
表示nk×nk的零向量，
Figure BDA00024814994800001619
表示3×nk的零向量。
由于上述方法的模糊度解算模型强度主要由GNSS模型确定，因此，在实际应用中可以增加滑动窗口(上述给出的模型的滑动窗口大小为2)的大小，引入更多历元的GNSS观测值来提高模糊度解算的性能和可靠性。鉴于惯导能可靠地给出相对位置增量，上述方法在系统状态有偏的情况下也能正确地辅助模糊度解算，从而提高模糊度固定可靠性。
四、模糊度确认与检核
模糊度的成功正确固定是载波相位差分GNSS/INS紧组合获得高精度定位定姿的前提，只有固定正确的模糊度才能被用于数据融合解算。相反，一旦利用错误的模糊度去进行数据融合，紧组合的定位定姿精度将会受到严重影响，因此，需要对搜索的模糊度进行确认和检核。
本发明进行模糊度确认的实现方法为综合利用ratio检验值和BootStrapping成功率来确认搜索的模糊度是否正确，具体实现方式如下：
采用LAMBDA方法固定模糊度，Ratio检验值要求大于3，且BootStrapping成功率大于0.99。Ratio检验值定义为次优模糊度残差二次型和最优模糊度残差二次型的比值，计算公式为：
Figure BDA0002481499480000171
其中，
Figure BDA0002481499480000172
表示模糊度浮点解，
Figure BDA0002481499480000173
和
Figure BDA0002481499480000174
分别表示次优整数模糊度组和最优整数模糊度组，
Figure BDA0002481499480000175
表示模糊度协方差矩阵；
BootStrapping成功率的计算公式如下：
Figure BDA0002481499480000176
其中，
Figure BDA0002481499480000177
表示整数变换后的模糊度标准差，Φ表示标准正太分布函数。
对每个滑动窗口内的模糊度进行独立解算求得模糊度实数解及其对应的方差协方差矩阵，用上述条件对LAMBDA方法求解的模糊度进行确认，而相邻滑动窗口间同一个历元的模糊度相等的视为全部正确固定，否则视为不固定，需要重新搜索再确认。利用再次确认的模糊度重新计算位置参数并与之前正确固定的模糊度解算的位置参数进行对比，当位置差异小于0.25米时，通过检核。
本发明提供的上述利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法，采用载波相位差分GNSS/INS紧组合方式，即在原始GNSS伪距和载波相位观测值层面进行信息融合，利用惯导递推的相对位置增量辅助GNSS RTK模糊度解算。为了提高模糊度固定的成功率和可靠性，模糊度固定过程中采用滑动窗口的方式联合利用多个历元的观测值，采用批处理的方式解算模糊度。模糊度固定成功后将对应的高精度载波相位OMC值与IMU观测值进行融合实现高精度高可靠的定位定姿。本发明提出了利用INS相对位置增量辅助差分GNSS模糊度固定的新方法，克服了传统INS辅助模糊度固定方法在组合系统位置出现有偏时阻碍模糊度正确固定的缺陷，提高了GNSS RTK/INS紧组合的可靠性和可用性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：在当前GNSS历元下，利用INS递推的位置信息辅助GNSS周跳探测，筛选出无周跳的卫星，并从所述无周跳的卫星中，选出高度角最高的卫星作为参考卫星，其余卫星为非参考卫星；根据基准站坐标、INS递推的流动站坐标、非参考卫星坐标以及参考卫星坐标，计算出几何双差距离；根据基准站接收机和流动站接收机接收参考卫星和非参考卫星的信号转化成的伪距观测值，计算出伪距双差观测值；根据基准站接收机和流动站接收机接收参考卫星和非参考卫星的信号转化成的载波相位观测值，计算出载波相位双差观测值；将所述几何双差距离分别与所述伪距双差观测值和所述载波相位双差观测值作差，得到伪距OMC值和载波相位OMC值；
S2：将当前GNSS历元与前一GNSS历元之间INS递推的流动站的相对位置增量测量值作为虚拟观测值，将当前GNSS历元的虚拟观测值、伪距OMC值和载波相位OMC值以及之前预设时间间隔内的所有GNSS历元的虚拟观测值、伪距OMC值和载波相位OMC值作为滑动窗口进行模糊度批处理解算，得到模糊度浮点解和模糊度浮点解的协方差矩阵；
S3：根据解算得到的模糊度浮点解和对应的协方差矩阵计算ratio检验值和BootStrapping成功率，判断是否ratio检验值大于第一阈值且BootStrapping成功率大于第二阈值；若否，则执行步骤S4后执行步骤S11；若是，则执行步骤S5；
S4：将解算得到的模糊度浮点解代入载波相位OMC值；
S5：将各个滑动窗口内独立解算且固定的模糊度进行比较，判断各个滑动窗口内同一个GNSS历元的模糊度固定解是否相同；若是；则执行步骤S6后执行步骤S11；若否，则执行步骤S7；
S6：确认模糊度全部正确固定，将全部正确固定的模糊度代入载波相位OMC值；
S7：将部分正确固定的模糊度作为约束重新进行模糊度批处理解算，并根据解算得到的模糊度浮点解和对应的协方差矩阵计算ratio检验值和BootStrapping成功率，判断是否ratio检验值大于第一阈值且BootStrapping成功率大于第二阈值；若是，则执行步骤S8；若否，则执行步骤S10后执行步骤S11；
S8：搜索各个滑动窗口内不相同的模糊度固定解，利用部分正确固定的模糊度和搜索的模糊度固定解重新计算流动站坐标，并与利用部分正确固定的模糊度计算的流动站坐标进行对比，判断对比的差异是否小于第三阈值；若是，则执行步骤S9后执行步骤S11；若否，则执行步骤S10后执行步骤S11；
S9：将新搜索出来的模糊度固定解与部分正确固定的模糊度代入载波相位OMC值；
S10：将部分正确固定的模糊度代入载波相位OMC值；
S11：将载波相位OMC值与惯性传感器输出的IMU观测值进行融合，实时在线估计IMU传感器误差、位置误差、速度误差和姿态误差，采用闭环校正对IMU传感器误差和导航参数误差、位置误差、速度误差和姿态误差进行反馈校正，输出最终的位置、速度和姿态结果；
返回步骤S1，进行后一GNSS历元的观测数据处理，直至处理完后续历元的观测数据。
2.如权利要求1所述的利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法，其特征在于，步骤S1，在当前GNSS历元下，利用INS递推的位置信息辅助GNSS周跳探测，筛选出无周跳的卫星，并从所述无周跳的卫星中，选出高度角最高的卫星作为参考卫星，其余卫星为非参考卫星；根据基准站坐标、INS递推的流动站坐标、非参考卫星坐标以及参考卫星坐标，计算出几何双差距离；根据基准站接收机和流动站接收机接收参考卫星和非参考卫星的信号转化成的伪距观测值，计算出伪距双差观测值；根据基准站接收机和流动站接收机接收参考卫星和非参考卫星的信号转化成的载波相位观测值，计算出载波相位双差观测值；将所述几何双差距离分别与所述伪距双差观测值和所述载波相位双差观测值作差，得到伪距OMC值和载波相位OMC值，具体包括：
载波相位差分GNSS/INS紧组合模型包括误差状态模型和观测模型，导航坐标系选为地心地固坐标系，误差状态模型为：
Figure FDA0002481499470000031
其中，
Figure FDA0002481499470000032
和
Figure FDA0002481499470000033
分别表示位置误差、速度误差和姿态误差，
Figure FDA0002481499470000034
表示位置误差的时间导数，
Figure FDA0002481499470000035
表示速度误差的时间导数，
Figure FDA0002481499470000036
表示姿态误差的时间导数，
Figure FDA0002481499470000037
表示载体坐标系到导航坐标系的旋转矩阵，fb表示加速度计输出的比力，δfb表示加速度计输出的比力的误差，
Figure FDA0002481499470000038
表示地球自转角速度，
Figure FDA0002481499470000039
表示
Figure FDA00024814994700000310
的反对称矩阵，
Figure FDA00024814994700000311
表示陀螺输出的角速度误差，δge表示重力误差，δbg表示陀螺的零偏误差，δba表示加速度计的零偏误差，
Figure FDA00024814994700000312
表示陀螺的零偏误差的时间导数，
Figure FDA00024814994700000313
表示加速度计的零偏误差的时间导数，
Figure FDA00024814994700000314
表示陀螺的零偏误差对应的一阶高斯马尔科夫相关时间，
Figure FDA00024814994700000315
表示加速度计的零偏误差对应的一阶高斯马尔科夫相关时间，wg表示陀螺的零偏误差对应的驱动白噪声，wa表示加速度计的零偏误差对应的驱动白噪声；
对于每颗卫星有如下的观测方程：
Figure FDA00024814994700000316
其中，
Figure FDA00024814994700000317
表示双差算子，下标b和r分别表示基准站和流动站，上标m和n分别表示参考卫星和非参考卫星；P和
Figure FDA00024814994700000318
分别表示伪距观测值和载波相位观测值，ρ表示接收机到卫星的几何距离，T和I分别表示对流层延迟和电离层延迟，λ和N分别表示载波波长和载波相位整周模糊度；
Figure FDA0002481499470000041
表示基准站和流动站对参考卫星和非参考卫星形成的伪距双差观测值，
Figure FDA0002481499470000042
表示基准站和流动站对参考卫星和非参考卫星形成的几何双差距离，
Figure FDA0002481499470000043
表示基准站和流动站对参考卫星和非参考卫星形成的双差对流层延迟，
Figure FDA0002481499470000044
表示准站和流动站对参考卫星和非参考卫星形成的双差电离层延迟，
Figure FDA0002481499470000045
表示基准站和流动站对参考卫星和非参考卫星形成的载波相位双差观测值，
Figure FDA0002481499470000046
表示基准站和流动站对参考卫星和非参考卫星形成的载波相位双差模糊度，
Figure FDA0002481499470000047
表示伪距双差观测值的噪声，
Figure FDA0002481499470000048
表示载波相位双差观测值的噪声；
根据单颗卫星的观测方程，建立任一GNSS历元tk时刻的观测模型如下：
Zk＝Hkδxk+ηk (3)
其中，Hk表示紧组合设计矩阵，用于描述滤波更新的观测量与系统误差状态之间的投影关系，观测量包括伪距双差观测值和载波相位双差观测值；ηk表示量测噪声向量；Zk表示滤波观测量；δxk表示待估计的误差状态量；
对于任一可观测到的卫星j，当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1之间INS递推的双差载波相位增量表示为：
Figure FDA0002481499470000049
其中，
Figure FDA00024814994700000410
表示使用惯导递推的GNSS天线处的位置计算的几何双差距离，
Figure FDA00024814994700000411
和
Figure FDA00024814994700000412
分别表示tk时刻和tk-1时刻的几何双差距离；当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的载波相位增量通过下式计算：
Figure FDA00024814994700000413
其中，
Figure FDA00024814994700000414
表示以周为单位的载波相位测量值，
Figure FDA00024814994700000415
和
Figure FDA00024814994700000416
分别表示tk时刻和tk-1时刻的载波相位双差观测值；将公式(5)与公式(4)作差后得到周跳探测的决策量为：
Figure FDA00024814994700000417
周跳探测的决策量的阈值使用经验值：
Figure FDA0002481499470000051
其中，γ表示根据经验选择的比例因子；ej表示从流动站接收机位置到第j颗卫星位置的单位视线向量，
Figure FDA0002481499470000052
表示ej的转置；Pδv表示组合导航卡尔曼滤波器协方差矩阵中速度误差对应的协方差子块矩阵。
3.如权利要求2所述的利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法，其特征在于，步骤S2，将当前GNSS历元与前一GNSS历元之间INS递推的流动站的相对位置增量测量值作为虚拟观测值，将当前GNSS历元的虚拟观测值、伪距OMC值和载波相位OMC值以及之前预设时间间隔内的所有GNSS历元的虚拟观测值、伪距OMC值和载波相位OMC值作为滑动窗口进行模糊度批处理解算，得到模糊度浮点解和模糊度浮点解的协方差矩阵，具体包括：
设流动站接收机在当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的近似坐标分别为
Figure FDA0002481499470000053
和
Figure FDA0002481499470000054
则流动站接收机在当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的坐标真值分别表示为：
Figure FDA0002481499470000055
Figure FDA0002481499470000056
其中，
Figure FDA0002481499470000057
和
Figure FDA0002481499470000058
分别表示流动站接收机在当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的位置改正项；根据惯导递推的位置增量
Figure FDA0002481499470000059
得到当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的近似坐标满足如下关系式：
Figure FDA00024814994700000510
流动站接收机在当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的坐标真值用惯导递推的位置增量真值表达为：
Figure FDA00024814994700000511
其中，ΔXINS表示惯导递推的位置增量真值；综合公式(8)、公式(9)、公式(10)和公式(11)得到：
Figure FDA00024814994700000512
惯导递推的位置增量的精度的标准差通过组合导航卡尔曼滤波器中的速度误差协方差计算得到：
Figure FDA0002481499470000061
其中，Pδv表示组合导航卡尔曼滤波器协方差中速度误差对应的协方差子块矩阵；将公式(12)作为虚拟观测值，结合当前GNSS历元tk与前一GNSS历元tk-1的伪距OMC值和载波相位OMC值，得到如下模糊度解算模型：
Figure FDA0002481499470000062
其中，nk表示tk时刻待求模糊度的个数；
Figure FDA0002481499470000063
表示利用INS推算的流动站接收机近似坐标和卫星坐标计算的几何双差距离；
Figure FDA0002481499470000064
和
Figure FDA0002481499470000065
分别表示tk-1和tk时刻的紧组合设计矩阵，由各颗卫星的双差方向余弦构成；Λ表示对角矩阵，包含各颗卫星的载波波长；I3×3表示单位矩阵；
Figure FDA0002481499470000066
和
Figure FDA0002481499470000067
分别表示tk-1和tk时刻伪距双差测量值的误差改正数，
Figure FDA0002481499470000068
和
Figure FDA0002481499470000069
分别表示tk-1和tk时刻载波相位双差观测值的误差改正数，εINS表示惯导推算的位置增量误差改正数，
Figure FDA00024814994700000610
表示待求解的双差模糊度参数，
Figure FDA00024814994700000611
和
Figure FDA00024814994700000612
分别表示tk-1和tk时刻的伪距双差观测值，
Figure FDA00024814994700000613
和
Figure FDA00024814994700000614
分别表示tk-1和tk时刻的载波相位双差观测值，
Figure FDA00024814994700000615
和
Figure FDA00024814994700000616
分别表示tk-1时刻和tk时刻的几何双差距离，
Figure FDA00024814994700000617
表示nk×3的零向量，03×1表示3×1的零向量，
Figure FDA00024814994700000618
表示nk×nk的零向量，
Figure FDA00024814994700000619
表示3×nk的零向量。
4.如权利要求3所述的利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法，其特征在于，步骤S3中，根据解算得到的模糊度浮点解和对应的协方差矩阵计算ratio检验值和BootStrapping成功率，具体包括：
Ratio检验值定义为次优模糊度残差二次型和最优模糊度残差二次型的比值，计算公式为：
Figure FDA0002481499470000071
其中，
Figure FDA0002481499470000072
表示模糊度浮点解，
Figure FDA0002481499470000073
和
Figure FDA0002481499470000074
分别表示次优整数模糊度组和最优整数模糊度组，
Figure FDA0002481499470000075
表示模糊度协方差矩阵；
BootStrapping成功率的计算公式如下：
Figure FDA0002481499470000076
其中，
Figure FDA0002481499470000077
表示整数变换后的模糊度标准差，Φ表示标准正太分布函数。
5.如权利要求1～4任一项所述的利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法，其特征在于，步骤S3中，第一阈值为3，第二阈值为0.99。
6.如权利要求5所述的利用惯导位置增量辅助GNSS模糊度固定的方法，其特征在于，步骤S8中，第三阈值为0.25米。
CN202010379577.3A 2020-05-08 2020-05-08 一种利用惯导位置增量辅助gnss模糊度固定的方法 Expired - Fee Related CN111578935B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010379577.3A CN111578935B (zh) 2020-05-08 2020-05-08 一种利用惯导位置增量辅助gnss模糊度固定的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010379577.3A CN111578935B (zh) 2020-05-08 2020-05-08 一种利用惯导位置增量辅助gnss模糊度固定的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111578935A true CN111578935A (zh) 2020-08-25
CN111578935B CN111578935B (zh) 2021-08-20

Family

ID=72112101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010379577.3A Expired - Fee Related CN111578935B (zh) 2020-05-08 2020-05-08 一种利用惯导位置增量辅助gnss模糊度固定的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111578935B (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112147663A (zh) * 2020-11-24 2020-12-29 中国人民解放军国防科技大学 一种卫星和惯性组合动对动实时精密相对定位方法
CN112526573A (zh) * 2021-02-07 2021-03-19 腾讯科技（深圳）有限公司 对象定位方法和装置、存储介质及电子设备
CN112526569A (zh) * 2021-02-18 2021-03-19 中国人民解放军国防科技大学 一种惯导辅助卫导相对定位多历元逐级模糊度求解方法
CN113359170A (zh) * 2021-06-04 2021-09-07 南京航空航天大学 一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法
CN114966792A (zh) * 2022-07-29 2022-08-30 知微空间智能科技(苏州)有限公司 Gnss rtk与ins紧组合定位导航方法、装置和系统
CN115061175A (zh) * 2022-07-28 2022-09-16 知微空间智能科技(苏州)有限公司 Gnss rtk与ins半紧组合定位导航方法、装置和系统
CN115267855A (zh) * 2022-09-30 2022-11-01 中南大学 一种gnss-ins紧组合中异常值探测方法和平差定位方法
CN115616643A (zh) * 2022-12-16 2023-01-17 南京航空航天大学 一种城市区域建模辅助的定位方法
CN115616640A (zh) * 2022-10-28 2023-01-17 北斗天地(北京)科技有限公司 一种智能手机gnss气压计组合定位方法
US11686861B2 (en) 2021-02-24 2023-06-27 Honeywell International Inc. Systems and methods for GNSS ambiguity resolution
CN116381760A (zh) * 2023-06-05 2023-07-04 之江实验室 Gnss rtk/ins紧耦合定位方法、装置及介质
CN116931028A (zh) * 2023-09-18 2023-10-24 航天宏图信息技术股份有限公司 基于智能终端惯性导航的gnss数据处理方法及装置
CN117705099A (zh) * 2023-11-17 2024-03-15 武汉大学 基于变参考历元tdcp/mems imu的实时动态定位方法及系统

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6167347A (en) * 1998-11-04 2000-12-26 Lin; Ching-Fang Vehicle positioning method and system thereof
US20130234885A1 (en) * 2012-03-08 2013-09-12 Raytheon Company Global Positioning System (GPS) Carrier Phase Cycle Slip Detection and Correction
CN105549057A (zh) * 2015-12-07 2016-05-04 韩厚增 一种惯性辅助的gps/bds融合大比例尺快速宗地测量装置与方法
CN105676250A (zh) * 2016-01-15 2016-06-15 北京航空航天大学 一种基于gnss的单历元三频模糊度解算方法
CN106772478A (zh) * 2016-11-11 2017-05-31 哈尔滨工程大学 一种基于历元‑星间差分约束的定位方法
CN107193028A (zh) * 2017-03-29 2017-09-22 中国航空无线电电子研究所 基于GNSS的Kalman相对定位方法
CN107422354A (zh) * 2017-09-25 2017-12-01 武汉大学 一种模糊度固定的ppp/sins紧组合定位定姿方法
CN108828642A (zh) * 2018-08-01 2018-11-16 太原理工大学 一种ins辅助bds单频接收机的模糊度快速解算方法
CN108873034A (zh) * 2018-03-30 2018-11-23 广州海格通信集团股份有限公司 一种惯导辅助载波模糊度解算的实现方法
CN109991640A (zh) * 2017-12-29 2019-07-09 上海司南卫星导航技术股份有限公司 一种组合导航系统及其定位方法
CN110646822A (zh) * 2018-06-26 2020-01-03 北京自动化控制设备研究所 一种基于惯导辅助的整周模糊度Kalman滤波算法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6167347A (en) * 1998-11-04 2000-12-26 Lin; Ching-Fang Vehicle positioning method and system thereof
US20130234885A1 (en) * 2012-03-08 2013-09-12 Raytheon Company Global Positioning System (GPS) Carrier Phase Cycle Slip Detection and Correction
CN105549057A (zh) * 2015-12-07 2016-05-04 韩厚增 一种惯性辅助的gps/bds融合大比例尺快速宗地测量装置与方法
CN105676250A (zh) * 2016-01-15 2016-06-15 北京航空航天大学 一种基于gnss的单历元三频模糊度解算方法
CN106772478A (zh) * 2016-11-11 2017-05-31 哈尔滨工程大学 一种基于历元‑星间差分约束的定位方法
CN107193028A (zh) * 2017-03-29 2017-09-22 中国航空无线电电子研究所 基于GNSS的Kalman相对定位方法
CN107422354A (zh) * 2017-09-25 2017-12-01 武汉大学 一种模糊度固定的ppp/sins紧组合定位定姿方法
CN109991640A (zh) * 2017-12-29 2019-07-09 上海司南卫星导航技术股份有限公司 一种组合导航系统及其定位方法
CN108873034A (zh) * 2018-03-30 2018-11-23 广州海格通信集团股份有限公司 一种惯导辅助载波模糊度解算的实现方法
CN110646822A (zh) * 2018-06-26 2020-01-03 北京自动化控制设备研究所 一种基于惯导辅助的整周模糊度Kalman滤波算法
CN108828642A (zh) * 2018-08-01 2018-11-16 太原理工大学 一种ins辅助bds单频接收机的模糊度快速解算方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
丛丽等: "基于INS辅助CLAMBDA与AFM的GPS/INS组合导航测姿方法", 《系统工程与电子技术》 *
韩厚增: "惯导辅助BDS/GPS高精度动态定位模型研究", 《中国博士学位论文全文数据库 基础科学辑》 *

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112147663B (zh) * 2020-11-24 2021-02-09 中国人民解放军国防科技大学 一种卫星和惯性组合动对动实时精密相对定位方法
CN112147663A (zh) * 2020-11-24 2020-12-29 中国人民解放军国防科技大学 一种卫星和惯性组合动对动实时精密相对定位方法
CN112526573A (zh) * 2021-02-07 2021-03-19 腾讯科技（深圳）有限公司 对象定位方法和装置、存储介质及电子设备
CN112526569A (zh) * 2021-02-18 2021-03-19 中国人民解放军国防科技大学 一种惯导辅助卫导相对定位多历元逐级模糊度求解方法
CN112526569B (zh) * 2021-02-18 2021-05-07 中国人民解放军国防科技大学 一种惯导辅助卫导相对定位多历元逐级模糊度求解方法
US11686861B2 (en) 2021-02-24 2023-06-27 Honeywell International Inc. Systems and methods for GNSS ambiguity resolution
CN113359170A (zh) * 2021-06-04 2021-09-07 南京航空航天大学 一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法
CN115061175A (zh) * 2022-07-28 2022-09-16 知微空间智能科技(苏州)有限公司 Gnss rtk与ins半紧组合定位导航方法、装置和系统
CN114966792A (zh) * 2022-07-29 2022-08-30 知微空间智能科技(苏州)有限公司 Gnss rtk与ins紧组合定位导航方法、装置和系统
CN115267855A (zh) * 2022-09-30 2022-11-01 中南大学 一种gnss-ins紧组合中异常值探测方法和平差定位方法
CN115616640A (zh) * 2022-10-28 2023-01-17 北斗天地(北京)科技有限公司 一种智能手机gnss气压计组合定位方法
CN115616640B (zh) * 2022-10-28 2023-10-20 北斗天地(北京)科技有限公司 一种智能手机gnss气压计组合定位方法
CN115616643A (zh) * 2022-12-16 2023-01-17 南京航空航天大学 一种城市区域建模辅助的定位方法
CN116381760A (zh) * 2023-06-05 2023-07-04 之江实验室 Gnss rtk/ins紧耦合定位方法、装置及介质
CN116381760B (zh) * 2023-06-05 2023-08-15 之江实验室 Gnss rtk/ins紧耦合定位方法、装置及介质
CN116931028A (zh) * 2023-09-18 2023-10-24 航天宏图信息技术股份有限公司 基于智能终端惯性导航的gnss数据处理方法及装置
CN116931028B (zh) * 2023-09-18 2023-12-12 航天宏图信息技术股份有限公司 基于智能终端惯性导航的gnss数据处理方法及装置
CN117705099A (zh) * 2023-11-17 2024-03-15 武汉大学 基于变参考历元tdcp/mems imu的实时动态定位方法及系统
CN117705099B (zh) * 2023-11-17 2024-05-28 武汉大学 基于变参考历元tdcp/mems imu的实时动态定位方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN111578935B (zh) 2021-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111578935B (zh) 一种利用惯导位置增量辅助gnss模糊度固定的方法
EP2156214B1 (en) Partial search carrier-phase integer ambiguity resolution
US7961143B2 (en) Partial search carrier-phase integer ambiguity resolution
US11441907B2 (en) Positioning device and positioning method
EP2380036B1 (en) Navigation receiver and method for combined use of a standard rtk system and a global carrier-phase differential positioning system
Zhang et al. The improvement in integer ambiguity resolution with INS aiding for kinematic precise point positioning
CN109613585A (zh) 一种对基站天线超短基线gnss双天线实时测向的方法
US20020120400A1 (en) Fully-coupled vehicle positioning method and system thereof
US20220187475A1 (en) System and method for reconverging gnss position estimates
Han et al. Robust GPS/BDS/INS tightly coupled integration with atmospheric constraints for long-range kinematic positioning
CN113359170A (zh) 一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法
Ng et al. 3D mapping database-aided GNSS RTK and its assessments in urban canyons
CN115480279A (zh) Gnss导航方法和终端、组合导航系统、存储介质
CN114396943A (zh) 一种融合定位方法与终端
CN115561796A (zh) 一种电网无人机巡检实时定位方法和系统
CN115220078A (zh) 基于载波相位差分的gnss高精度定位方法及导航方法
Xu et al. Tightly coupled integration of BDS-3 B2b RTK, IMU, odometer, and dual-antenna attitude
US6211821B1 (en) Apparatus and method for determining pitch and azimuth from satellite signals
US20220276388A1 (en) Method for Determining a Model for Describing at least one Environment-Specific GNSS Profile
US20210255335A1 (en) System and Method for GNSS Ambiguity Resolution
Bisnath Relative Positioning and Real‐Time Kinematic (RTK)
Ćwian et al. GNSS-augmented lidar slam for accurate vehicle localization in large scale urban environments
Li et al. Inertial aided cycle slip detection and repair for PPP/INS tightly coupled navigation
El-Mowafy et al. Attitude determination from GNSS using adaptive Kalman filtering
CN114488233A (zh) 全球卫星导航终端及其导航定位方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210820