[发明专利]一种基于北斗三频单历元宽巷/超宽巷的组合定位方法

权利要求书

1.一种基于北斗三频单历元宽巷/超宽巷的组合定位方法，其特征在于：在车载动态定位应用中，首先利用北斗三频单历元宽巷、超宽巷观测值分步固定模糊度，利用固定后的模糊度计算得到双差卫地距；通过车载惯导结合卫星星历计算得到惯导推算的双差卫地距；然后利用卫星和惯导观测的双差卫地距差值作为组合观测值建立扩展卡尔曼滤波观测模型；针对低成本MEMS惯导针对性建立状态模型；通过上述观测、扩展方程为核心的扩展卡尔曼滤波算法可得到瞬时定位改正数，用其修正当前历元惯导输出的坐标，即可求取高精度定位解，

其中，建立观测向量计算双差卫地距的具体步骤如下：

利用超宽巷线性组合(0,-1,1)观测值得到超宽巷双差模糊度，如式(1)所示：

将其结果通过四舍五入取整得到整数解，代入式(2)所示的宽巷线性组合(1，-1，0)求取宽巷双差模糊度：

同样通过四舍五入取整得到整数解，一旦取得整数解即可认为模糊度固定，将固定后的宽巷模糊度代入式(3)计算双差卫地距：

就是计算得到的双差卫地距，记为相对应的，求取惯导结合星历推算的双差卫地距其中惯性卫地距通过几何距离公式获取：

。

2.根据权利要求1所述的一种基于北斗三频单历元宽巷/超宽巷的组合定位方法，其特征在于：所述组合定位方法通过专用的计量车进行实验验证：该计量车包含NovAtel SPAN-ISA-100C组合定位设备，并以零基线方式连接可接收北斗三频数据的司南接收机T300，除此以外，还有一个低成本SBG MEMS惯导用于和T300配合进行低成本组合定位计算。

3.根据权利要求2所述的一种基于北斗三频单历元宽巷/超宽巷的组合定位方法，其特征在于：实验验证的数据采集过程中，计量车车速为20-50km/h平稳行进。

4.根据权利要求1所述的一种基于北斗三频单历元宽巷/超宽巷的组合定位方法，其特征在于：所述针对低成本MEMS惯导建立的模型坐标框架选择地心地固坐标系。

5.根据权利要求1所述的一种基于北斗三频单历元宽巷/超宽巷的组合定位方法，其特征在于：使用经北斗单历元宽巷/超宽巷模糊度固定后得到的双差卫地距与惯导结合星历推导得到的双差卫地距作差得到观测向量；通过对双差卫地距进行一次泰勒展开得到线性化后的观测矩阵，具体包括如下步骤：

步骤(1)，构建观测向量，具体内容如下：

将上文公式(4)线性化，可得：

或记为

ρ_I＝r+l_Iδx+m_Iδy+n_Iδz+ε (6)

其中，r表示真实距离，ε表示截断误差，δx表示位置分量上的坐标误差，其他类推，同理可得另一基站观测值后，可求得站间单差：

Δρ_Iij＝ρ_Ii-ρ_Ij

＝(r+l_Iiδx+m_Iiδy+n_Iiδz)-(r+l_Ijδx+m_Ijδy+n_Ijδz)+ε

＝(l_Ii-l_Ij)δx+(m_Ii-m_Ij)δy+(n_Ii-n_Ij)δz+ε (7)

其中，i、j表示不同的两个测站，其中一个是基站，另一个是移动站，可求得对应另一卫星的站间单差，形成站间星间双差：

其中p、q表示两颗不同卫星，一般一颗是参考星，选取高度角最高的共视卫星，另一个是参考星以外的共视卫星，至此得到惯导双差卫地距结合上文所述卫星双差卫地距依据公式(9)形成扩展卡尔曼滤波中的观测向量：

步骤(2)，建立观测矩阵，具体内容如下：

上文已成立了卫星双差卫地距的计算值和惯导双差卫地距，为了形成对应的观测矩阵，因通过卫星双差卫地距的理论推算值求取：

H＝[ΔΔe 0_1×12] (12)

如式(11-13)所示，通过两个双差卫地距的理论推算式作差形成H矩阵，表示从观测向量到状态误差之间的关系，式(14)所示为完成建模的观测模型，其中n为共视卫星数；

步骤(3)，建立针对MEMS惯导的状态模型，具体内容如下：

首先选定状态向量为十五维：

当MEMS惯导中陀螺漂移为主要影响因素时，取地球模型为圆球型，状态转移矩阵在ECEF下可以简化描述为：

其中Ω_ie是地球自转角速度矩阵，I是单位阵，F^e是比力矩阵，是从载体坐标系到ECEF的坐标转移矩阵，该转换矩阵推算过程如下：

其中r是翻滚角roll,p是俯仰角pitch,y是方向角heading，B是纬度，L是经度，至此可得状态模型为：

形成状态模型和观测模型建模之后，采用EKF实现组合定位算法。