[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

说明书

本发明公开了一种基于系统间差分宽巷观测的GNSS/INS紧组合定位方法。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跨系统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，并最终实现高精度定位输出。实验结果表明：在诸如城市峡谷等城市复杂环境中，利用本发明提出的方法可以有效增加冗余双差观测方程，在卫星数较少的遮挡环境下明显提升定位性能。

技术领域

本发明属于GNSS/INS组合导航定位技术领域，具体涉及一种基于系统间差分宽巷观测的 GNSS/INS紧组合定位方法。

背景技术

组合定位技术指利用不同系统间互补的定位观测能力进行补偿，提升定位精度、连续性、稳定性的定位技术。在目前最常用的GNSS/INS组合定位中，通过估计GNSS和INS对相同对象的观测偏差直接或间接修正由INS产生的概略坐标，从而获得更准确的定位解；一般有松组合、紧组合和深组合(或称超紧组合)三种组合框架；对于其中紧组合而言，两种传感器共同的观测对象一般指卫星到载体的距离，也称卫地距。其中INS的观测值基于其自身推算出的概略坐标与卫星坐标的几何距离决定；而相对应的，GNSS的观测精度决定了概略坐标的修正准确度；因此如何获得动态情况下GNSS高精度观测值一直是GNSS/INS组合导航定位领域最重要的研究内容之一；另外，在复杂环境中无法确保GNSS观测定位可靠性，所以现在的无人驾驶设计方案必须更多依赖更多传感器的相对定位，因此导致成本和复杂性明显增加。

在构建GNSS双差观测的过程中，传统方法需要在各系统内选择相应的参考星，与本系统的观测星形成卫星对，称为系统内差分模型，也称卫星差分的松耦合模型；与之对应的另一种模型可以在不同卫星系统间利用一颗全局参考星，与来自任何系统的观测星形成卫星对，称为系统间差分模型，也称卫星差分的紧耦合模型。在卫星数充足的场景下，两者实际效果相仿；而在可视卫星数较少的场景下，由于紧耦合模型可以形成更多冗余观测，并建立了系统间的联系，改进模型强度，所以可以有效提升定位精度；因此，基于紧耦合模型的GNSS/INS 组合定位方法更适合在城市峡谷等复杂环境中应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种基于系统间差分宽巷观测的GNSS/INS紧组合定位方法，实现高精度、连续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：

一种基于系统间差分宽巷观测的GNSS/INS紧组合定位方法，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

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

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)：

步骤(2)构建系统间差分模型

以BDS为参考系统为例，此时GPS为观测系统。用公式(5)表达双差观测方程

其中按公式(6)表达：

因此，公式(5)的双差观测方程可以转换为：