[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

说明书

本发明公开了一种基于北斗三频单历元宽巷/超宽巷的组合定位方法，在车载动态组合定位中融合了北斗三频单历元宽巷/超宽巷模糊度固定技术，在确保连续性的前提下实现高精度定位提供了保证；本发明提出了一种针对MEMS惯导设计的状态模型，为降低组合定位提供一种新的选择，本发明的目的旨在确保高精度连续性的前提下降低组合定位系统的成本，而且确保了以卫星定位为主，MEMS惯导为辅的定位结构可行性，将有效减少车载动态高精度设备的成本，促进北斗导航定位设备的设计与研发，其后续应用可推动北斗系统在无人驾驶为代表的动态定位领域的工程化应用。

技术领域

本发明涉及一种实时动态组合定位技术,属于全球导航卫星系统(GNSS)测试评估技术领域，具体涉及一种基于北斗三频单历元宽巷/超宽巷观测值的组合定位方法。

背景技术

北斗卫星导航系统(BDS)是我国独立发展、自主运行并与其他卫星导航系统兼容的卫星导航定位系统，已对部分行业与地区提供连续无源定位、导航、授时等服务，BDS系统卫星全部播发三频信号，是目前唯一的全三频工作的卫星导航系统。多个频点的观测数据具有独特的优势，通过不同频率的线性组合，可以得到一系列波长较长的超宽巷或宽巷组合。结合伪距观测值组合,可以解算超宽巷或宽巷组合观测值模糊度，模糊度已固定的超宽巷或宽巷观测值即可视为高精度的“伪距”观测量，并应用于高精度快速定位。

组合定位技术是指利用不同系统间的融合算法实现系统互补，得到相对较高精度的定位输出。目前最常用的组合系统为GNSS/INS组合。传统组合方法使用卫星伪距观测值形成观测向量，与惯导结合星历得到的卫地距作差得到观测向量。但伪距精度有限，所以随后发展出载波平滑伪距求取观测向量，甚至直接用载波观测值替代伪距，以提高精度。但是使用载波观测值容易受到周跳影响，且求取模糊度过程较为复杂。因此一旦发生周跳或遮挡需要重新固定模糊度，这一时间周期影响到实时定位的连续性。

另一方面，常用组合定位过程中由于使用的是惯导误差作为状态向量的基础参数，因此惯导精度越高，组合定位精度越高。但高精度惯导成本较高，对于诸如无人驾驶系统来说是发展的瓶颈，因此有必要研究适合MEMS低精度惯导的状态模型。

发明内容

针对车载动态环境下的组合定位亚分米级精度和连续性同时保证的技术难题，本发明公开了一种基于北斗三频单历元宽巷/超宽巷观测值的组合定位方法，重点研究基于北斗三频单历元宽巷/超宽巷模糊度解算的组合定位算法观测方程建模；针对MEMS惯导低成本低精度特点，研究适合MEMS惯导与北斗系统结合实现亚分米级定位的组合定位算法状态方程建模，实现确保高精度、连续性的车载实时组合定位算法。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于北斗三频单历元宽巷/超宽巷观测值的组合定位方法，在车载动态环境下，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。

组合定位方法中基于北斗单历元宽巷/超宽巷模糊度解算建立观测模型，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)，建立观测向量，具体内容如下：

采用超宽巷组合(0，-1，1)得到双差模糊度，如式(1)所示：

将其结果直接四舍五入取整得到整数解，代入式(2)所示的宽巷组合(1，-1，0)求取宽巷双差模糊度：