CN113359170B - 一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法 - Google Patents

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CN113359170B CN202110626629.7A CN202110626629A CN113359170B CN 113359170 B CN113359170 B CN 113359170B CN 202110626629 A CN202110626629 A CN 202110626629A CN 113359170 B CN113359170 B CN 113359170B
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Abstract

本发明涉及一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法。移动基准站和流动站采用伪距单点定位获得实时位置，同时将移动基准站原始观测伪距、载波及多普勒信息传输给流动站，建立直接以基线改正数为未知参数的相对定位模型，并在流动站上采用惯性辅助北斗单频抗差自适应模型进行模糊度浮点解解算，以及采用LAMBDA算法进行模糊度固定，最后以模糊度固定的载波相位及伪距、多普勒观测量与惯性作紧组合实时修正惯导误差，以模糊度固定的载波相位观测量及多普勒观测量，求解两载体高精度相对位置及速度。本发明能有效提高相对导航精度及可靠性，尤其适用于无人机空中加油、舰载机着舰、编队飞行等动态对动态相对导航情况。

Description

一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法
技术领域
本发明属于卫星导航定位领域，具体涉及一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法。
背景技术
卫星导航技术具有全球性、全天候以及高精度定位的优点，但是卫星信号很容易被遮挡，且易受外界干扰，在高动态情况下，接收机极易出现信号失锁等现象，这样会导致整周模糊度需重新固定以及周跳的频繁发生，从而严重影响导航定位结果。北斗全球卫星导航系统，虽具有全星座公开播发三频信号特点，但是对于低成本接收机，在复杂动态环境下，易出现可见卫星数目减少，卫星几何结构不佳，观测值粗差等情况，存在单频实时模糊度解算成功率低，定位精度不高等问题。
惯性导航是一种独立自主的导航系统，具有短期精度高、数据更新速率快，抗干扰能力强、自主性强等优点，能够在卫星信号发生遮挡或者信号质量较低时维持短时高精度状态输。因此，GNSS/INS组合系统可以有效地提升导航定位系统的性能。采用惯导短时输出的高精度信息可以用来辅助GNSS动态模糊度快速求解。但是，在GNSS/INS组合导航中，GNSS模糊度的固定效率易受到观测值粗差以及异常扰动等因素得影响。对于普通接收机及惯性系统，在城市环境中的动态导航定位应用中，观测环境复杂，多路径粗差及状态异常值直接影响参数估计最优值，从而进一步影响模糊度的解算效率及定位性能。
动对动高精度相对定位技术在飞机自主空中加油、飞机编队飞行、舰载机着舰、飞行器空间对接以及运动车辆相对定位等领域具有重要的作用。传统的基于载波相位的差分卫星导航技术可实现厘米级相对定位精度，但是通讯距离有限，需要有精确位置已知的固定的基准站向流动站提供差分改正数，在单频信号下，由于载波波长短，以及动态情况下，单历元的卫星观测数据相关性强，观测方程法矩阵严重病态，很难正确固定模糊度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，基于载波相位的单频GNSS模糊度的固定效率易受到观测值粗差以及异常扰动等因素的影响，提出了一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法，通过设计抗差因子及自适应因子来调节观测信息和动力学模型信息对滤波结果贡献的大小，以提高模糊度浮点解精度，缩小模糊度搜索空间，提高模糊度固定成功率，最终提高动对动高精度相对定位的普适性。
本发明为解决上述技术问题，而采用以下技术方案：
一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法，包括：
步骤一、移动基准站和流动站采用单点伪距定位获得实时绝对位置，获得移动基准站的伪距、载波相位、多普勒观测量；
步骤二、基于移动基准站，构造GNSS双差载波相位、伪距及多普勒观测量，并建立双差伪距和载波观测方程；
步骤三、基于双差伪距和载波观测方程，采用以基线改正数作为未知参数的线性化方法，构成基于移动基准站的相对定位模型；
步骤四、以流动站上惯导位置追踪器实时输出位置预测卫地距，重构双差伪距和载波观测方程，同时采用惯导短时高精度位置构建辅助约束方程；
步骤五、基于惯性信息辅助重构的双差伪距和载波观测方程，在流动站上采用抗差自适应EKF滤波算法求解模糊度浮点解及协方差矩阵，采用LAMBDA算法进行模糊度固定；
步骤六、采用模糊度固定的双差载波相位及伪距观测量进行差分BDS/INS紧组合卡尔曼滤波，并反馈修正流动站惯导器件误差；
步骤七、采用模糊度固定的双差载波相位观测量及多普勒观测量，解算高精度相对位置及速度信息。
进一步的，本发明所提出的一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法，步骤一中，移动基准站和流动站采用单点伪距定位获得实时绝对位置，伪距观测量表达式如下：
Figure GDA0003677690720000021
式中，
Figure GDA0003677690720000022
表示接收机r到卫星s的伪距观测量，
Figure GDA0003677690720000023
表示接收机r到卫星s的几何距离，c为光速，δtr和δts分别表示接收机钟误差和卫星钟误差，
Figure GDA0003677690720000024
表示一阶电离层延迟，
Figure GDA0003677690720000025
表示对流层延迟，
Figure GDA0003677690720000026
为多路径误差，
Figure GDA0003677690720000027
为接收机码噪声。
进一步的，本发明所提出的一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法，步骤二中，移动基准站的原始卫星伪距、载波相位、多普勒观测量通过数据链传输至流动站，建立双差伪距、载波相位及多普勒观测方程如下：
Figure GDA0003677690720000028
式中，
Figure GDA0003677690720000031
表示双差运算符，即：
Figure GDA0003677690720000032
Figure GDA0003677690720000033
Figure GDA0003677690720000034
Figure GDA0003677690720000035
和
Figure GDA0003677690720000036
分别表示接收机ri到卫星s的伪距、载波及多普勒观测量，i＝1,2，s＝1,2,…,m+1，表达式如下：
Figure GDA0003677690720000037
其中，
Figure GDA0003677690720000038
和
Figure GDA0003677690720000039
分别表示接收机r到卫星s的几何距离和距离变化率，c为光速，δtr、
Figure GDA00036776907200000310
和δts、
Figure GDA00036776907200000311
分别表示接收机钟误差及其变化率和卫星钟误差及其变化率，
Figure GDA00036776907200000312
表示一阶电离层延迟，，
Figure GDA00036776907200000313
表示对流层延迟，
Figure GDA00036776907200000314
和
Figure GDA00036776907200000315
分别为多路径误差，
Figure GDA00036776907200000316
为整周模糊度，λ为载波波长，
Figure GDA00036776907200000317
和
Figure GDA00036776907200000318
分别为接收机伪距、载波和多普勒测量噪声。
进一步的，本发明所提出的一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法，步骤三中，构建基于移动基准站的相对定位模型如下：
Figure GDA00036776907200000319
式中，b12和
Figure GDA00036776907200000320
分别为基线向量和相对速度改正数，
Figure GDA00036776907200000321
为双差伪距、相应频率上以距离为单位的载波相位、多普勒观测值分别减去计算值后的常数项，λ为载波波长，
Figure GDA00036776907200000322
为起始双差整周模糊度，
Figure GDA00036776907200000323
和
Figure GDA00036776907200000324
分别为双差伪距、载波相位和多普勒观测误差，
Figure GDA00036776907200000325
分别为流动站到卫星s及参考星间单位方向矢量。
进一步的，本发明所提出的一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法，步骤四中，是以惯性位置计算预测卫地距
Figure GDA00036776907200000326
重构双差伪距和载波观测方程，同时采用惯性位置构建辅助约束方程如下：
Figure GDA0003677690720000041
式中，
Figure GDA0003677690720000042
为基线误差改正数，
Figure GDA0003677690720000043
为m维模糊度参数向量，A为设计矩阵，λ为载波波长，
Figure GDA0003677690720000044
为惯性预测基线长，Xb0为初始基线长，I为单位矩阵，εins为INS系统观测噪声，由组合滤波先验方程获得。
进一步的，本发明所提出的一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法，步骤五中，在流动站上采用抗差自适应EKF滤波算法求解模糊度浮点解及协方差矩阵，采用LAMBDA算法进行模糊度固定；具体如下：
(1)、在流动站上采用扩展卡尔曼滤波器进行参数估计，得到模糊度浮点解及协方差矩阵，离散化状态方程和量测方程为：
Figure GDA0003677690720000045
式中，Xk为状态变量，
Figure GDA0003677690720000046
(δxk,δyk,δzk)为基线长误差估计，Δ▽Nk为m维双差载波相位整周模糊度，Φk,k-1为k-1时刻到k时刻的系统转移矩阵，
Figure GDA0003677690720000047
Γk-1为系统噪声矩阵，
Figure GDA0003677690720000048
Wk-1为系统噪声；Zk为量测信息，
Figure GDA0003677690720000049
LPk为双差伪距观测量减去惯性预测卫地距，Lφk为双差载波相位观测量减去惯性预测卫地距，Linsk为惯性估计位置减去载体近似位置，
Figure GDA00036776907200000410
A为设计矩阵，λ为载波波长，
Figure GDA00036776907200000411
εP和εΦ分别为接收机码噪声和载波噪声，εins为INS系统观测噪声；
扩展卡尔曼滤波方程如下：
Figure GDA0003677690720000051
式中，Kk为滤波增益矩阵；Pk,k-1为状态一步预测协方差矩阵；Pk,k为状态估计协方差矩阵；Qk和Rk分别为系统噪声和量测噪声的方差矩阵；
(2)、引入抗差因子对观测信息进行调整：
观测值残差向量为：
Figure GDA0003677690720000052
对应的协方差阵为：
Figure GDA0003677690720000053
定义粗差检验统计量为：
Figure GDA0003677690720000054
式中，vi,k为第i个观测值残差，
Figure GDA0003677690720000055
为第i个观测值残差协方差阵的对角线元素；
采用IGGIII模型计算抗差因子rk，如下：
Figure GDA0003677690720000056
式中c0，c1为阈值参数，根据具体仪器参数通过实验取值；
则观测向量等价权元素为：
Figure GDA0003677690720000057
Figure GDA0003677690720000058
式中pij为观测向量权矩阵元素，
Figure GDA0003677690720000059
为观测向量等价权矩阵；
(3)、引入自适应因子γk对动力学模型进行调节：
状态预报值残差向量为：
Figure GDA00036776907200000510
定义误差检验统计量为：
Figure GDA0003677690720000061
采用自适应因子γk，如下：
Figure GDA0003677690720000062
式中，c为调整系数；
Figure GDA0003677690720000063
将式(11)、式(14)中
Figure GDA0003677690720000064
更新式(7)中的Rk、Pk,k-1，实现抗差自适应扩展卡尔曼滤波，求得模糊度浮点解及协方差矩阵，采用LAMBDA算法进行模糊度固定。
进一步的，本发明所提出的一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法，步骤六中，采用模糊度固定的双差载波相位及伪距观测量进行差分BDS/INS紧组合卡尔曼滤波，并反馈修正流动站惯导器件误差；其中，
采用模糊度固定的载波相位、伪距及多普勒观测量与INS预测信息构造BDS/INS紧组合滤波模型，系统状态控制模型由INS误差模型及惯性传感器系统误差来描述，所采用的系统状态模型为：
Figure GDA0003677690720000065
式中，i为惯性坐标系，e为地球坐标系，n为导航坐标系，b为导航坐标系，δr、δv、ψ分别为位置误差、速度误差和姿态角误差，
Figure GDA0003677690720000066
为加速度计误差，ε为陀螺漂移，fn为加速度计测得的比力矢量，
Figure GDA0003677690720000067
和
Figure GDA0003677690720000068
分别为地球自转速度在导航坐标系和导航系相对地球系在导航系下的分量；
观测模型如下：
Figure GDA0003677690720000069
式中，
Figure GDA00036776907200000610
表示双差算子，Pe、Φe、De分别为BDS卫星观测伪距、载波相位及多普勒观测值，
Figure GDA00036776907200000611
表示惯性预测卫地距，
Figure GDA00036776907200000612
表示惯性预测载体速度，λ为载波波长，A为设计矩阵，
Figure GDA0003677690720000071
为导航系到地球系转换矩阵。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比的技术效果如下：
(1)精密性：本发明利用惯导输出速率快，短期精度高的优点，预测卫地距代替卫星伪距观测量，并利用惯导短时高精度输出位置作为辅助约束条件，减小模糊度搜索空间。采用抗差自适应滤波方法进行观测量粗差及状态异常值处理，进一步提高模糊度浮点解精度，有利于单历元模糊度的固定，提高相对定位精度。
(2)可靠性：本发明采用惯性/卫星组合导航系统可达到优势互补，在复杂环境下也能获得连续稳定高精度的导航结果，提高了系统的可靠性。
(3)实时性：动态应用中，卫星定位数据采样率虽然能够达到1～10Hz，但仍难以适用于特殊动态应用中(如：空中加油、飞行器对接等)，而惯性导航的数据采样率一般都可达到100Hz以上，两者组合应用时，可在卫星数据完好时，能够对惯性误差进行修正，大大改善惯性导航精度，同时经过校正的惯性导航具有较好的稳定性能够进行高精度的导航参数预测，从而提高导航系统数据采样率，并提供更加平滑的导航结果，提高了系统实时性。
附图说明
图1为本发明实施的动对动相对定位系统框图。
图2为本方案实施的惯导辅助北斗单频抗差自适应模糊度固定算法结构图。
图3为本方案实施的动对动相对定位算法流程图。
图4是有粗差非抗差滤波基线误差图。
图5是有粗差抗差自适应滤波基线误差图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明为了有效地解决动对动高精度相对定位的技术问题，采用基于移动基准站的动对动相对定位技术，利用载波相位差分定位方法求解两个运动载体间的相对位置，其中整周模糊度的成功解算是实现高精度相对定位的前提。
参考图1至图3所示，本发明所提出的惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法，具体包括如下步骤：
步骤一：选择运动载体之一为移动基准站(配备GNSS接收机)，获得移动基准站的伪距、载波相位、多普勒观测量；
步骤二：选择另一运动载体为流动站(配备GNSS接收机以及惯导位置追踪器)，基于移动基准站，构造GNSS双差载波相位、伪距及多普勒观测量，并建立观测方程；
步骤三：基于双差载波相位、伪距及多普勒观测方程，直接采用以基线改正数及速度改正数作为未知参数的线性化方法，可构成基于移动基准站的相对定位模型；
步骤四：以流动站上惯导位置追踪器实时输出位置预测卫地距，重构双差观测方程，同时采用惯导短时高精度位置构建辅助约束方程；
步骤五：基于惯性信息辅助重构的观测方程，在流动站上采用抗差自适应EKF滤波算法求解模糊度浮点解及协方差矩阵，采用LAMBDA算法进行模糊度固定；
步骤六：采用模糊度固定的双差载波相位、伪距观测量及多普勒观测量进行差分BDS/INS紧组合卡尔曼滤波，并反馈修正流动站惯导器件误差；
步骤七：采用固定双差模糊度的载波相位观测量及多普勒观测量解算高精度相对位置及速度信息。
实施例：
步骤1、移动基准站和流动站采用单点伪距定位获得实时绝对位置，伪距观测量表达式如下：
Figure GDA0003677690720000081
式中，
Figure GDA0003677690720000082
表示接收机r到卫星s的伪距观测量，
Figure GDA0003677690720000083
表示接收机r到卫星s的几何距离，c为光速，δtr和δts分别表示接收机钟误差和卫星钟误差，
Figure GDA0003677690720000084
表示一阶电离层延迟，
Figure GDA0003677690720000085
表示对流层延迟，
Figure GDA0003677690720000086
为多路径误差，
Figure GDA0003677690720000087
为接收机码噪声。电离层延迟误差采用Klobuchar模型进行修正，对流程误差采用Hopfield模型修正。
步骤2、移动基准站的原始卫星伪距、载波相位、多普勒观测量通过数据链传输至流动站，建立双差伪距、载波相位及多普勒观测方程如下：
Figure GDA0003677690720000088
式中，
Figure GDA0003677690720000089
表示双差运算符，即：
Figure GDA00036776907200000810
Figure GDA0003677690720000091
Figure GDA0003677690720000092
Figure GDA0003677690720000093
和
Figure GDA0003677690720000094
分别表示接收机ri(i＝1,2)到卫星s(s＝1,2,…,m+1)的伪距及载波观测量，表达式如下：
Figure GDA0003677690720000095
其中，
Figure GDA0003677690720000096
和
Figure GDA0003677690720000097
分别表示接收机r到卫星s的几何距离和距离变化率，c为光速，δtr、
Figure GDA0003677690720000098
和δts、
Figure GDA0003677690720000099
分别表示接收机钟误差及其变化率和卫星钟误差及其变化率，
Figure GDA00036776907200000910
表示一阶电离层延迟，
Figure GDA00036776907200000911
表示对流层延迟，
Figure GDA00036776907200000912
和
Figure GDA00036776907200000913
分别为多路径误差，
Figure GDA00036776907200000914
为整周模糊度(单位：周)，λ为载波波长，
Figure GDA00036776907200000915
和
Figure GDA00036776907200000916
分别为接收机伪距、载波相位和多普勒观测噪声。
步骤3、短基线情况下，双差可以消除包括卫星位置、电离层、对流层在内的大部分误差，由移动基准站和流动站伪距单点定位差值及位置差分构成基线长及速度初值，并直接采用基线长改正数及相对速度改正数作为未知参数，构建基于移动基准站的相对定位模型如下：
Figure GDA00036776907200000917
式中，b12和
Figure GDA00036776907200000918
分别为基线向量和相对速度改正数，
Figure GDA00036776907200000919
分别为双差伪距以及相应频率上以距离为单位的载波相位和多普勒观测值减去计算值后的常数项(O-C)，
Figure GDA00036776907200000920
为起始双差整周模糊度，
Figure GDA00036776907200000921
和
Figure GDA00036776907200000922
分别为双差伪距、载波相位和多普勒观测误差，
Figure GDA00036776907200000923
分别为流动站到卫星s及参考星间单位方向矢量。
步骤4、由惯性位置计算预测卫地距
Figure GDA00036776907200000924
重构双差伪距和载波观测方程，同时采用惯性位置构建辅助约束方程如下：
Figure GDA00036776907200000925
式中，
Figure GDA0003677690720000101
为基线误差改正数，
Figure GDA0003677690720000102
为m维模糊度参数向量，A为设计矩阵，λ为载波波长，
Figure GDA0003677690720000103
为惯性预测基线长，Xb0为初始基线长，I为单位矩阵，εins为INS系统观测噪声，由组合滤波先验方程获得。
步骤5、在流动站上采用扩展卡尔曼滤波器进行参数估计，得到模糊度浮点解及协方差矩阵。离散化状态方程和量测方程为：
Figure GDA0003677690720000104
式中，Xk为状态变量，
Figure GDA0003677690720000105
(δxk,δyk,δzk)为基线长误差估计，
Figure GDA0003677690720000106
为m维双差载波相位整周模糊度。Φk,k-1为k-1时刻到k时刻的系统转移矩阵，
Figure GDA0003677690720000107
Γk-1为系统噪声矩阵，
Figure GDA0003677690720000108
Wk-1为系统噪声。Zk为量测信息，
Figure GDA0003677690720000109
LPk为双差伪距观测量减去惯性预测卫地距，Lφk为双差载波相位观测量减去惯性预测卫地距，Linsk为惯性估计位置减去载体近似位置，
Figure GDA00036776907200001010
A为设计矩阵，λ为载波波长，
Figure GDA00036776907200001011
εP和εΦ分别为接收机码噪声和载波噪声，εins为INS系统观测噪声。扩展卡尔曼滤波方程如下：
Figure GDA00036776907200001012
式中，Kk为滤波增益矩阵；Pk,k-1为状态一步预测协方差矩阵；Pk,k为状态估计协方差矩阵；Qk和Rk分别为系统噪声和量测噪声的方差矩阵。
步骤6、由于观测值受到实际观测条件的影响使得观测值可能存在粗差，如果不进行处理直接进行滤波可能导致导航解次优甚至滤波发散，因此引入抗差因子对观测信息进行调整。
观测值残差向量为：
Figure GDA0003677690720000111
对应的协方差阵为：
Figure GDA0003677690720000112
定义粗差检验统计量为：
Figure GDA0003677690720000113
式中，vi,k为第i个观测值残差，
Figure GDA0003677690720000114
为第i个观测值残差协方差阵的对角线元素。
采用IGGIII模型计算抗差因子rk，如下：
Figure GDA0003677690720000115
式中c0，c1为阈值参数，根据具体仪器参数通过实验取值，通常可取c0＝1.0～1.5，c1＝3.0～4.5。
则观测向量等价权元素为：
Figure GDA0003677690720000116
Figure GDA0003677690720000117
式中pij为观测向量权矩阵元素，
Figure GDA0003677690720000118
为观测向量等价权矩阵。
步骤7、为减小因动力学模型扰动异常对滤波结果的影响，引入自适应因子γk对动力学模型进行调节。
状态预报值残差向量为：
Figure GDA0003677690720000119
定义误差检验统计量为：
Figure GDA00036776907200001110
采用自适应因子γk，如下：
Figure GDA00036776907200001111
式中，c为调整系数，最值取0.85～1.0。
Figure GDA0003677690720000121
将式(11)、式(14)中
Figure GDA0003677690720000122
更新式(7)中的Rk、Pk,k-1，实现抗差自适应扩展卡尔曼滤波，求得模糊度浮点解及协方差矩阵，采用LAMBDA算法进行模糊度固定。
步骤8、采用模糊度固定的载波相位、伪距及多普勒观测量与INS预测信息构造DBDS/INS紧组合滤波模型，此时，不考虑卫星系统误差量，则系统状态控制模型由INS误差模型及惯性传感器系统误差来描述。
所采用的系统状态模型为：
Figure GDA0003677690720000123
式中，i为惯性坐标系，e为地球坐标系，n为导航坐标系(东北天方向)，b为导航坐标系，δr、δv、ψ分别为位置误差、速度误差和姿态角误差，
Figure GDA0003677690720000124
为加速度计误差，ε为陀螺漂移，fn为加速度计测得的比力矢量，
Figure GDA0003677690720000125
和
Figure GDA0003677690720000126
分别为地球自转速度在导航坐标系和导航系相对地球系在导航系下的分量。
观测模型如下：
Figure GDA0003677690720000127
式中，
Figure GDA0003677690720000128
表示双差算子，Pe，Φe，De分别为BDS卫星观测伪距、载波相位及多普勒观测值，
Figure GDA0003677690720000129
表示惯性预测卫地距，
Figure GDA00036776907200001210
表示惯性预测载体速度，λ为载波波长，A为设计矩阵，
Figure GDA00036776907200001211
为导航系到地球系转换矩阵。
本实施例采用两台Novatel OEM-615导航接收机和1台MTI-G-700惯性位置追踪器以推车形式进行数据采集，1台固定基准站与两接收机进行RTK模式定位结果为参考，为验证算法抗差效果，在第210历元模拟伪距粗差5m。图4是有粗差非抗差滤波基线误差图，图5是有粗差抗差自适应滤波基线误差图，采用本发明提出的算法进行数据处理并与不同的算法进行比较获得实验结果如下：
表1不同算法处理结果
Figure GDA0003677690720000131
从以上数据可以看出，本发明采用抗差自适应滤波方法进行观测量粗差及状态异常值处理，进一步提高模糊度浮点解精度，有利于单历元模糊度的固定，提高相对定位精度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法，其特征在于，包括：
步骤一、移动基准站和流动站采用单点伪距定位获得实时绝对位置，获得移动基准站的伪距、载波相位、多普勒观测量；
步骤二、基于移动基准站，构造GNSS双差载波相位、伪距及多普勒观测量，并建立双差伪距和载波观测方程；
步骤三、基于双差伪距和载波观测方程，采用以基线改正数作为未知参数的线性化方法，构成基于移动基准站的相对定位模型；
步骤四、以流动站上惯导位置追踪器实时输出位置预测卫地距，重构双差伪距和载波观测方程，同时采用惯导短时高精度位置构建辅助约束方程；
步骤五、基于惯性信息辅助重构的双差伪距和载波观测方程，在流动站上采用抗差自适应EKF滤波算法求解模糊度浮点解及协方差矩阵，采用LAMBDA算法进行模糊度固定；
步骤六、采用模糊度固定的双差载波相位及伪距观测量进行差分BDS/INS紧组合卡尔曼滤波，并反馈修正流动站惯导器件误差；
步骤七、采用模糊度固定的双差载波相位观测量及多普勒观测量，解算高精度相对位置及速度信息。
2.根据权利要求1所述的一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法，其特征在于，步骤一中，移动基准站和流动站采用单点伪距定位获得实时绝对位置，伪距观测量表达式如下：
Figure FDA0003677690710000011
式中，
Figure FDA0003677690710000012
表示接收机r到卫星s的伪距观测量，
Figure FDA0003677690710000013
表示接收机r到卫星s的几何距离，c为光速，δtr和δts分别表示接收机钟误差和卫星钟误差，
Figure FDA0003677690710000014
表示一阶电离层延迟，
Figure FDA0003677690710000015
表示对流层延迟，
Figure FDA0003677690710000016
为多路径误差，
Figure FDA0003677690710000017
为接收机码噪声。
3.根据权利要求1所述的一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法，其特征在于，步骤二中，移动基准站的原始卫星伪距、载波相位、多普勒观测量通过数据链传输至流动站，建立双差伪距、载波相位及多普勒观测方程如下：
Figure FDA0003677690710000018
式中，
Figure FDA0003677690710000019
表示双差运算符，即：
Figure FDA0003677690710000021
Figure FDA0003677690710000022
Figure FDA0003677690710000023
Figure FDA0003677690710000024
和
Figure FDA0003677690710000025
分别表示接收机ri到卫星s的伪距、载波及多普勒观测量，i＝1,2，s＝1,2,…,m+1，表达式如下：
Figure FDA0003677690710000026
其中，
Figure FDA0003677690710000027
和
Figure FDA0003677690710000028
分别表示接收机r到卫星s的几何距离和距离变化率，c为光速，δtr、
Figure FDA0003677690710000029
和δts、
Figure FDA00036776907100000210
分别表示接收机钟误差及其变化率和卫星钟误差及其变化率，
Figure FDA00036776907100000226
表示一阶电离层延迟，
Figure FDA00036776907100000211
表示对流层延迟，
Figure FDA00036776907100000212
和
Figure FDA00036776907100000213
分别为多路径误差，
Figure FDA00036776907100000214
为整周模糊度，λ为载波波长，
Figure FDA00036776907100000215
和
Figure FDA00036776907100000216
分别为接收机伪距、载波和多普勒测量噪声。
4.根据权利要求1所述的一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法，其特征在于，步骤三中，构建基于移动基准站的相对定位模型如下：
Figure FDA00036776907100000217
式中，b12和
Figure FDA00036776907100000225
分别为基线向量和相对速度改正数，
Figure FDA00036776907100000218
为双差伪距、相应频率上以距离为单位的载波相位、多普勒观测值分别减去计算值后的常数项，λ为载波波长，
Figure FDA00036776907100000219
为起始双差整周模糊度，
Figure FDA00036776907100000220
和
Figure FDA00036776907100000221
分别为双差伪距、载波相位和多普勒观测误差，
Figure FDA00036776907100000222
分别为流动站到卫星s及参考星间单位方向矢量。
5.根据权利要求1所述的一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法，其特征在于，步骤四中，是以惯性位置计算预测卫地距
Figure FDA00036776907100000223
重构双差伪距和载波观测方程，同时采用惯性位置构建辅助约束方程如下：
Figure FDA00036776907100000224
式中，
Figure FDA0003677690710000031
为基线误差改正数，
Figure FDA0003677690710000032
为m维模糊度参数向量，A为设计矩阵，λ为载波波长，
Figure FDA0003677690710000033
为惯性预测基线长，Xb0为初始基线长，I为单位矩阵，εins为INS系统观测噪声，由组合滤波先验方程获得。
6.根据权利要求1所述的一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法，其特征在于，步骤五中，在流动站上采用抗差自适应EKF滤波算法求解模糊度浮点解及协方差矩阵，采用LAMBDA算法进行模糊度固定；具体如下：
(1)、在流动站上采用扩展卡尔曼滤波器进行参数估计，得到模糊度浮点解及协方差矩阵，离散化状态方程和量测方程为：
Figure FDA0003677690710000034
式中，Xk为状态变量，
Figure FDA0003677690710000035
(δxk,δyk,δzk)为基线长误差估计，Δ▽Nk为m维双差载波相位整周模糊度，Φk,k-1为k-1时刻到k时刻的系统转移矩阵，
Figure FDA0003677690710000036
Γk-1为系统噪声矩阵，
Figure FDA0003677690710000037
Wk-1为系统噪声；Zk为量测信息，
Figure FDA0003677690710000038
LPk为双差伪距观测量减去惯性预测卫地距，Lφk为双差载波相位观测量减去惯性预测卫地距，Linsk为惯性估计位置减去载体近似位置，
Figure FDA0003677690710000039
A为设计矩阵，λ为载波波长，
Figure FDA00036776907100000310
εP和εΦ分别为接收机码噪声和载波噪声，εins为INS系统观测噪声；
扩展卡尔曼滤波方程如下：
Figure FDA00036776907100000311
式中，Kk为滤波增益矩阵；Pk,k-1为状态一步预测协方差矩阵；Pk,k为状态估计协方差矩阵；Qk和Rk分别为系统噪声和量测噪声的方差矩阵；
(2)、引入抗差因子对观测信息进行调整：
观测值残差向量为：
Figure FDA0003677690710000041
对应的协方差阵为：
Figure FDA0003677690710000042
定义粗差检验统计量为：
Figure FDA0003677690710000043
式中，vi,k为第i个观测值残差，
Figure FDA0003677690710000044
为第i个观测值残差协方差阵的对角线元素；
采用IGGIII模型计算抗差因子rk，如下：
Figure FDA0003677690710000045
式中c0，c1为阈值参数，根据具体仪器参数通过实验取值；
则观测向量等价权元素为：
Figure FDA0003677690710000046
Figure FDA0003677690710000047
式中pij为观测向量权矩阵元素，
Figure FDA0003677690710000048
为观测向量等价权矩阵；
(3)、引入自适应因子γk对动力学模型进行调节：
状态预报值残差向量为：
Figure FDA0003677690710000049
定义误差检验统计量为：
Figure FDA00036776907100000410
采用自适应因子γk，如下：
Figure FDA00036776907100000411
式中，c为调整系数；
Figure FDA0003677690710000051
将式(11)、式(14)中
Figure FDA0003677690710000052
更新式(7)中的Rk、Pk,k-1，实现抗差自适应扩展卡尔曼滤波，求得模糊度浮点解及协方差矩阵，采用LAMBDA算法进行模糊度固定。
7.根据权利要求6所述的一种惯导辅助北斗单频动对动高精度相对定位方法，其特征在于，步骤六中，采用模糊度固定的双差载波相位及伪距观测量进行差分BDS/INS紧组合卡尔曼滤波，并反馈修正流动站惯导器件误差；其中，
采用模糊度固定的载波相位、伪距及多普勒观测量与INS预测信息构造BDS/INS紧组合滤波模型，系统状态控制模型由INS误差模型及惯性传感器系统误差来描述，所采用的系统状态模型为：
Figure FDA0003677690710000053
式中，i为惯性坐标系，e为地球坐标系，n为导航坐标系，b为导航坐标系，δr、δv、ψ分别为位置误差、速度误差和姿态角误差，
Figure FDA0003677690710000054
为加速度计误差，ε为陀螺漂移，fn为加速度计测得的比力矢量，
Figure FDA0003677690710000055
和
Figure FDA0003677690710000056
分别为地球自转速度在导航坐标系和导航系相对地球系在导航系下的分量；
观测模型如下：
Figure FDA0003677690710000057
式中，
Figure FDA0003677690710000058
表示双差算子，Pe、Φe、De分别为BDS卫星观测伪距、载波相位及多普勒观测值，
Figure FDA0003677690710000059
表示惯性预测卫地距，
Figure FDA00036776907100000510
表示惯性预测载体速度，λ为载波波长，A为设计矩阵，
Figure FDA00036776907100000511
为导航系到地球系转换矩阵。
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