单频GPS/BDS/MEMS IMU紧组合模糊度固定抗差模型

针对高精度GNSS/INS组合定位中,伪距多路径误差严重影响模糊度固定效率及系统定位精度的问题,引入抗差估计函数,建立INS辅助GPS/BDS模糊度快速固定抗差模型。首先建立了单频GPS/BDS/INS紧组合动力学模型以及观测模型,继而研究了紧组合系统INS辅助下GNSS模糊度快速分解模型,分析了伪距观测值粗差对于模糊度参数估值的影响。为减弱异常观测值对于模糊度固定成功率的影响,提出了附有INS定位约束的模糊度解算抗差算法。最后利用实测导航定位数据验证了算法的有效性。结果表明:对比不考虑观测值粗差影响的模糊度固定算法,模糊度固定抗差算法显著提高了模糊度固定的可靠性,抗差算法的模糊度固定效率不受粗差值大小的影响;对于模拟的伪距多粗差情形,抗差算法对GPS/INS、BDS/INS和GPS/BDS/INS三种组合方案的模糊度固定Ratio均值分别提高了100.8%、47.7%以及19.5%;在INS定位松约束条件下,抗差算法提高了模糊度固定成功率。     

基于BDS/INS紧组合的动对动相对导航算法

针对动对动相对定位中卫星观测质量不佳、信号易丢失导致北斗卫星导航系统定位精度不高、无法连续定位的问题,提出了一种基于BDS/INS紧组合的动对动相对导航算法。通过惯导系统与北斗卫星导航系统紧组合的方式,以捷联惯导误差作为组合系统状态量,通过多普勒信息进行伪距平滑,并利用扩展卡尔曼滤波将惯导及卫星观测信息进行融合,解算相对导航结果。通过车载实验对所提出的相对导航算法进行了验证,实验结果表明,所提出的BDS/INS紧组合动对动相对导航算法能够保持分米级相对导航精度,卫星信号短时中断时,能有效保持高精度相对导航结果输出。     

基于最优组合的长基线网络RTK三频载波模糊度快速解算

针对三频载波模糊度解算TCAR法因电离层、观测噪声等误差影响而导致长基线模糊度解算可靠性较低的问题,提出了一种改进的适用于长基线网络RTK的TCAR方法.该方法继承了传统TCAR法逐级固定整周模糊度的思想,充分根据模糊度解算中每一步骤不同特点及不同目的选择最优组合观测值.首先,利用组合限制条件确定超宽巷模糊度解算最优组合;然后,引入平滑思想提高电离层残差估计精度,同时结合求解窄巷模糊度的WL/NL最优组合快速获得窄巷模糊度;最后,通过线性无关宽巷与窄巷组合模糊度实现基础载波模糊度准确解算.算例分析表明,基于最优组合的改进TCAR法有效提高了模糊度解算的成功率,实现了长基线网络RTK三频载波模糊度的快速解算.     

GNSS网络实时动态模糊度解算病态性解决策略

针对GNSS网络实时动态(RTK)参考站间模糊度解算病态性问题,分析了病态性对模糊度浮点解影响,并基于无电离层组合解算模糊度基本模型,提出了改善模型病态性的两种策略。1参数选取策略:针对高仰角卫星,采用相对天顶对流层参数代替常规双天顶对流层参数设置,减少待估参数以改善病态性;2参数相关性优化策略:将GNSS卫星模糊度解算分为较易固定和较难固定两类,首先获取较易固定模糊度整数解,并反演天顶对流层延迟信息,再将该信息作为先验信息对较难固定模糊度解算模型进行约束,通过减小天顶对流层与模糊度相关性改善病态性。算例分析表明:两种策略在初始历元法方程病态性就明显优于常规模型,且只要通过少数十几个甚至几个历元就能够快速减弱法方程的病态性。该方法不需要考虑附加矩阵或参数的设置,易于实际工程应用。     

前后向平滑算法在精密单点定位/INS紧组合数据后处理中的应用

精密单点定位技术只需单台双频GNSS接收机就能实现分米到厘米级定位精度,将其与INS进行组合可以广泛应用于测量领域。但当GNSS信号被完全遮挡时,只能依赖纯惯性导航工作模式,而当重新捕获GNSS信号时,又需要一定时间才能使精密单点定位重新收敛到理想精度。针对以上问题,提出了一种适用于精密单点定位/INS紧组合的前后向平滑算法来同时提高GNSS信号完全遮挡段和重新收敛段的导航精度,详细推导了该算法的数学模型。对实测的跑车实验数据后处理表明:前后向平滑算法能有效提高精密单点定位/INS紧组合导航精度;对60 s完全遮挡段的位置误差统计表明,前向和后向滤波的三维位置误差RMS分别为44.46 cm和10.81 cm,平滑后改善到了10.47 cm。     

多星座GNSS/INS紧耦合方法

针对可用卫星数目不足、多星座GNSS接收机不能定位条件下,传统GNSS/INS松耦合方式退化为"纯惯性"模式,无法抑制惯导误差发散的问题,提出了一种基于多星座GNSS接收机原始伪距观测量的GNSS/INS紧耦合方法。利用惯导与多星座GNSS接收机搭建硬件平台,开展了车载试验。试验结果表明,当可用卫星数目满足定位条件时,多星座GNSS/INS紧耦合方法与松耦合方法的导航精度相当;当可用卫星数目不足、多星座GNSS接收机不能定位时,多星座GNSS/INS紧耦合方法仍可利用剩余卫星提供的观测信息继续运行,当卫星数减少为5颗时,纬度和经度精度均优于30 m;当卫星数进一步减少为4颗时,纬度精度优于90 m,经度精度优于50 m。     

北斗/INS紧组合的惯性辅助三频周跳探测和修复

传统的使用伪距和相位组合进行周跳探测的方法受限于伪距精度,在多路径效应严重和载体高动态下不可靠。针对该问题,构建北斗/INS紧组合模型,利用惯性辅助北斗三频信号线性组合构造了周跳探测量,兼顾错探率和漏探率,确定探测阈值系数为2.576 8。基于卫星高度角采用正弦函数模型确定载波噪声,分析了载波噪声和卫地距误差对周跳探测和修复的影响。在此基础上选择组合量(0,-1,1),(1,3,-4),(-3,4,0)联合进行周跳探测和修复。使用车载组合导航实测数据验证周跳探测模型的效果。实验结果表明,对于模拟的密集小周跳,所有卫星错探率低于1.75%,漏探率低于0.11%,除低高度角卫星C05,所有卫星修复错误率低于0.35%。对于北斗信号中断的场景,在75 s部分中断内或18 s完全中断内都能够正确修复所有卫星的所有类型周跳。     

INS辅助的GNSS欺骗干扰辨识与抑制方法

GNSS欺骗干扰已经成为导航装备应用中面临的重要威胁之一。现有的基于INS/GNSS组合的抗欺骗算法大多只进行欺骗检测,不能恢复正确的定位结果。针对该问题,将多径抑制算法中的Multi-correlator结构用于真实信号和欺骗信号的参数估计,利用INS短期精度高的特性,实现欺骗信号的辨识。然后将辨识结果反馈跟踪环路抵消欺骗信号,保证接收机跟踪环路始终锁定真实卫星信号。最后,在INS/GNSS组合导航解算过程中引入抗差卡尔曼滤波算法,减小参数估计和辨识结果中粗差对定位结果的影响。利用公开数据集进行试验测试,欺骗干扰条件下定位误差由600?m降为10.0?m,而且在GNSS信号中断90?s重新恢复后,所提算法依旧能够实现欺骗信号的辨识和抑制。试验结果表明所提算法能够保证接收机在欺骗条件下锁定真实卫星信号,连续输出高精度的导航和授时信息。     

北斗/INS深耦合接收机基带滤波器设计

随着北斗导航系统的组网,北斗/INS深耦合接收机的研制具有重要价值。传统的接收机基带滤波环路通常为相互独立的载波环路滤波器与码环路滤波器,码环路无法充分利用载波环路的信息,因此码环的动态性能受到限制。设计了载波/码组合滤波器,将载波环与码环的测量信息在一个滤波器内进行耦合,实时估计码相位、载波相位、多普勒频移与其变化率。通过北斗B3频点实际静态数据和GNSS模拟器采集的卫星-用户视线方向40g高动态数据进行离线跟踪测试,载波/码组合滤波环路可跟踪40g高动态信号,且静态数据的跟踪精度相比传统滤波环路提高27%。上述算法成功应用于基于Xilinx平台的卫星信号处理设备在线跟踪。提出的组合滤波器结构简单,测试有效,为北斗/INS深耦合接收机的工程实现提供参考。     

INS辅助周跳修复以实现精密单点定位瞬时重新收敛

GNSS接收机信号极易受外界环境遮挡而完全中断,使得接收机所输出的相位观测值产生周跳,这将引起精密单点定位(PPP)模糊度参数的重新初始化,并需要十几分钟甚至更长时间的重新收敛,限制了PPP的推广应用。针对以上问题,以星间单差PPP/INS紧组合为研究基础,借助INS短期导航精度高的优势,提出一种INS辅助的周跳修复新方法。该新方法使用星间单差相位新息与星间单差电离层残差作为周跳修复量;为提高周跳修复可靠性,新方法对周跳修复量进行了质量控制并设置了多重修复准则。两组车载组合导航实验表明:与不修复相比,周跳修复后可实现PPP瞬时重新收敛,定位精度提升至20 cm以内;但需注意,周跳修复成功率会随着GNSS信号中断时间的延长而降低。     

基于BDS-3五频超宽巷/宽巷组合的中长基线单历元定位方法

为充分发挥BDS-3五频信号的定位优势,提出了一种基于BDS-3五频超宽巷/宽巷组合的中长基线单历元定位方法。首先构建了伪距/载波联合的无几何无电离层(GIF)分步解算模型,分析了各模糊度的先验解算精度,分析结果表明:五频组合中有三个线性无关的超宽巷可采用GIF模型单历元可靠固定。其次针对第四个宽巷采用GIF模型单历元固定精度低的问题,采用几何相关模型,对伪距、三个模糊度固定的超宽巷与第四个宽巷方程进行联立解算,并利用LAMBDA方法进行模糊度的搜索固定。理论分析结果表明,BDS-3固定四个超宽巷/宽巷模糊度后,站星距离精度可达0.206 m,相比三频BDS-2和GPS分别提升60.08%和57.35%。实测数据结果表明,BDS-3超宽巷/宽巷模糊度基本可实现单历元可靠固定,模糊度固定后在北/东/天三个方向上可分别实现0.161 m、0.187 m和0.457 m的定位精度。     

面向城市复杂环境的GNSS/INS高精度图优化算法

在城市复杂环境下，GNSS接收机易受到建筑物遮挡、多路径效应等多种因素影响，导致信号出现粗差或者拒止情况，从而对GNSS/INS组合导航系统的精度和鲁棒性造成影响。提出了一种具备粗差在线检测的GNSS/INS图优化组合导航算法，提高城市环境条件下的组合导航系统性能。基于信息之间存在关联性的特点，设计了一种卫星信号滑窗粗差检测与拟合替换算法，抑制卫星粗差影响；构建了GNSS位置、速度因子和改进的IMU预积分因子，实现了组合导航信息非线性优化。仿真和车载数据试验表明，针对卫星信号中存在粗差的情况，所提算法的定位精度相比扩展卡尔曼滤波和传统图优化算法提升90%以上，可以辅助导航系统获得较好的状态估计效果；针对GNSS拒止的情况，该算法的位置定位精度相比扩展卡尔曼滤波算法提升30%以上。     

北斗三频精密姿态测量中整周模糊度的单历元可靠固定（英文）

载波相位模糊度固定是GNSS高精度姿态测量中的关键问题。针对附有基线长约束的姿态测量场景提出了一种可靠的Bei Dou三频模糊度单历元快速固定算法。首先使用无几何模型可靠地固定两个超宽巷模糊度;其次使用这两个超宽巷模糊度计算一个宽巷模糊度;然后在固定模糊度的宽巷观测值的辅助下,使用几何相关模型对第三个窄巷模糊度(该模糊度需与两个超宽巷模糊度线性独立)的浮点解进行估计,并使用C-LAMBDA方法对其进行固定;最后对三个频点上的原始模糊度进行恢复并利用其进行单历元姿态测量。多组Bei Dou三频实测数据的处理结果表明,提出的单历元模糊度固定方法具有固定成功率高和计算速度快的特点,能够有效地避免周跳的影响,非常适合高采样、动态复杂环境下的多频GNSS姿态测量数据处理应用。     

MEDLL辅助的GNSS/INS系统欺骗信号辨识方法

受欺骗的卫星导航信息与惯导系统组合滤波,会导致错误的惯性器件误差修正量,最终组合导航系统也会被欺骗干扰影响。针对这一问题,提出了一种基于MEDLL算法的改进的GNSS/INS组合导航模式,能够实现欺骗信号的辨识和抑制,保证组合导航信息的可靠性。GNSS接收机通过MEDLL算法同时估计接收的全部卫星信号参数,当欺骗干扰存在时,MEDLL算法可同时估计出两路信号参数,并判定欺骗干扰存在;MEDLL估计的信号参数生成两组输出伪距信息与惯导系统定位信息提供的参考伪距进行比较,实现欺骗信号的辨识。在200次实验测试中,对于牵引速率大于2 m/s的牵引式欺骗信号,4 s内成功辨识的次数为200次。同时,与传统的GNSS/INS组合导航系统相比,提出的MEDLL辅助的组合导航模式能够有效减小欺骗信号的影响,定位结果稳定在真实位置附近。     

基于软件定义无线电的紧耦合GNSS/INS组合导航结构

由于现有的普通硬件GNSS(Global Navigation Satellite System)接收机只能与INS(Inertial Navigation System)进行松散组合,为了进行GNSS/INS紧耦合相关实验研究,采用软件GNSS接收机技术提供紧耦合研究的所有开放接口和数据。利用软件接收机相关器输出的I(in-phase)和Q(quadrature)信号与频率误差和相位误差之间的关系,并通过INS提供I和Q信号的预测信息,作为Kalman滤波器量测更新来估计17维状态数值,同时根据载体的速度信息来辅助多普勒频率跟踪。结果表明,紧耦合系统能够降低跟踪回路带宽10 Hz左右,位置精度提升到5 m,可以提高软件接收机快速捕获跟踪和提升定位精度以及抗干扰能力。     

基于PNN的北斗转发式欺骗干扰信号检测方法

针对载波相位差分检测技术中存在的模糊度解算复杂和虚警率高的问题,提出基于概率神经网络(PNN)的北斗转发式欺骗信号检测方法。在推导不同条件下载波相位双差检测方法的基础上,采取故障诊断的思想,通过构建PNN模型,利用真实信号双差观测值随时间变化的一致性特点,实现对欺骗信号的分类检测;然后根据不同星间差分组合的检测结果,进一步确认受欺骗干扰的卫星信号。实测数据结果表明,所提方法的检测正确率在样本历元数为100时,能够达到98.51%,检测耗时不超过0.1 s,不仅满足对转发式欺骗干扰实时检测的要求,还可对不同类型组合的欺骗信号进行有效识别。     

一种GNSS/INS/LiDAR组合导航传感器安置关系快速标定方法

卫星导航/惯性导航/激光扫描传感器(GNSS/INS/Li DAR)组合导航定位方法是室内外无缝导航定位的研究热点。而传感器之间高精度安置关系的确立是传感器位姿信息融合的基础,也是制约高精度组合导航定位的重要因素。针对该问题,采用三维激光扫描测量技术和多台经纬仪交汇测量的方法,设计组合导航定位系统室内高精度快速标定方案,建立传感器安置参数解算数学模型,完成了GNSS杆臂值和激光扫描传感器安置参数的标定。使用微分方程分析、蒙特卡罗法对标定结果进行精度分析,仿真实验与实际测试结果表明,传感器安置参数精度对高精度组合导航定位的影响不可忽略,采用所提出的联合测量方法,可以快速获取毫米级精度的传感器位置安置参数和角分级的传感器姿态安置参数,满足组合导航定位系统传感器安置关系标定的精度需求。     

改进的PSO与ACO混合搜索GNSS整周模糊度算法

针对蚁群传统算法在计算GNSS整周模糊度过程中由于缺少初始信息素而产生搜索效率低下问题,提出改进的粒子群(PSO)与蚁群(ACO)混合搜索GNSS整周模糊度算法。在搜索初期,由于改进粒子群算法具备收敛速度快的优势,进行粗搜索获取次优解,并以此来初始化改进蚁群算法的信息素分布,最后完成整周模糊度的细搜索。基于经典算例和实测GPS/BDS数据进行了仿真对比实验,结果表明,改进的混合算法比单算法可以更快地收敛于最优解,搜索效率要明显优于LAMBDA算法,且解算的基线精度可以控制在3 mm以内(RMS),有效性和可靠性得到了较好的验证。     

北斗双频组合动对动高精度相对定位新算法

针对动对动相对定位基线矢量实时变化导致整周模糊度浮点解在动态情况下难以快速精确求解的问题,提出了一种北斗双频动对动相对定位算法:对组合双差方程基线向量的系数矩阵进行奇异值分解,并变换组合双差方程以消除基线参量,将变参数估计问题转化为定参数估计问题,然后采用递推最小二乘算法实时推算组合模糊度的浮点解及其协方差矩阵,在此基础上,采用最小二乘模糊度降相关平差法(LAMBDA)搜索和固定组合模糊度。试验结果表明,该方法能够快速准确固定组合模糊度,与单频解算相比,初始化时间用时更短,基线误差在5 cm以内,能较好地适用于动对动相对定位。     

移动测图中DGPS/INS组合定位测姿

介绍了移动测图技术及其系统组成,基于具体的车载移动测图系统,重点探讨了GPS和INS组成的组合定位测姿模块,给出了GPS/INS组合软件流程及解算过程。通过推导系统误差状态方程和量测方程,建立了GPS/INS位置、速度组合滤波模型,并结合野外车载实验数据,对来自GPS和INS的位置和姿态数据进行了组合数据处理,通过精度分析,论证了INS短时高精度的特点及其对GPS信息有益和必要的补充。针对陆地车载测图应用中GPS信号频繁中断,指出仍需增加传感器以辅助GPS/INS完成高精度的位置和姿态测定。