[发明专利]一种基于系统间差分宽巷观测的GNSS/INS紧组合定位方法

权利要求书

1.一种基于系统间差分宽巷观测的GNSS/INS紧组合定位方法，其特征在于：首先利用三频超宽巷、宽巷线性组合观测值计算单历元GNSS宽巷模糊度，实现线性组合载波相位观测值的瞬时模糊度固定；然后引入系统间差分模型构建双差宽巷观测方程，对不同卫星系统间双差宽巷组合模糊度重参化并进行参数去相关，实时估计基于宽巷组合的载波差分系统间偏差；最后将构建好的卫星观测方程代入GNSS/INS紧组合模型进行定位误差估计，用其修正当前历元惯导输出的概略坐标，并最终求取高精度定位解；

其中基于GNSS单历元超宽巷、宽巷模糊度解算建立新观测模型，具体是使用经GNSS单历元超宽巷、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从而得到GNSS/INS观测向量；通过对双差卫地距进行一次泰勒展开得到三维方向分量展开后的观测矩阵；

而基于系统间差分模型的观测值建立改进的GNSS/INS紧组合定位模型，具体是使用经系统间差分模型在所有可视卫星中利用全局参考星得到跨系统的双差观测值，用于形成观测方程，并以此改进GNSS/INS观测模型的建立；在传统基于INS误差状态的状态向量基础上增加了对系统间偏差参数的估计，形成16维状态向量，并参与状态模型和量测模型的构建；

具体包括以下步骤：

步骤(1)计算GNSS三频宽巷单历元模糊度，

通过公式(1)(2)表示三频线性组合伪距观测值和载波相位观测值

（1）

（2）

上式中，i，j，k是三频组合系数，f₁，f₂，f₃是三个频率，是以米为单位的每个频率中的双差载波相位观测值，是每个频率的双差伪距观测值，

超宽巷线性组合系数为(0，-1，1)，使用无几何无电离层模型计算超宽巷模糊度，计算如公式(3)所示：

（3）

再用TCAR算法计算宽巷线性组合(1，-1，0)载波相位观测值模糊度，如公式(4)：

其中是线性组合(0，-1，1)的EWL的双差模糊度，λ_(0，-1，1)是三频观测值的组合波长，表示双差载波相位观测，表示线性组合(0，1，1)的伪距观测，和均以米为单位；和λ_(1，-1，0)分别表示线性组合(1，-1，0)的双差载波相位观测值，宽巷模糊度，组合波长和电离层延迟因子；η_(1，-1，0)和η_(0，-1，1)分别表示双差电离层延迟误差和相应线性组合的电离层延迟误差系数；

步骤(2)构建系统间差分模型

以BDS作为参考系统为例，采用GPS为观测系统，用公式(5)表达双差观测方程

（5）

其中Δ是单差算子，表示站点之间的单差，是双差运算符，是载波相位观测值，ρ是卫星站距离，λ表示波长，N表示模糊度，ε表示观测噪声，上标字母C和G分别代表BDS和GPS系统，这里使用参数δ^CG表示BDS和GPS之间的硬件相位延迟，1_C表示BDS参考卫星；T表示对流层延迟误差；S表示GPS观测星，1_CS表示以BDS参考星与GPS观测星组合的差分；

其中按公式(6)表达：

因此，公式(5)的双差观测方程转换为：

进一步地，令公式(7)更改为：

其中是需要估计的DISB参数，具有WL观测的BDS和GPS的系统间模型表示为公式(9)：

其中和分别表示系统间差分载波观测值、双差模糊度、对流层延迟和观测噪声，下标“WL”表示宽巷观测；λ^G表示GPS的波长；

步骤(3)构建系统间差分改进的GNSS/INS紧组合模型：

选取16维状态向量，如公式(10)所示：

（10）

其中dr_3×1、dv_3×1、dθ_3×1、a_3×1分别表示位置、速度、姿态误差，以及陀螺仪和加速度计零偏误差；

则考虑系统间差分的宽巷GNSS/INS紧组合模型的测量方程表示为公式(11)：

其中和分别表示INS构建的双差载波观测值和推算的几何距离；

则第k历元的观测方程表示为公式(12)：

其中表示模糊度固定的宽巷载波观测值；表示三个方向上的双差方向余弦；dx、dy、dz表示定位误差的三个分量；下标k表示第k历元；

把公式(12)写成矩阵形式，通过GNSS系统间差分估计和EWL/WL观测改进的量测模型如下所示：

完成状态模型和观测模型建模之后，选用标准CKF作为组合定位融合算法，不作赘述。