[发明专利]一种北斗精密单点定位和惯性系统的紧组合导航方法

说明书

本发明涉及一种北斗精密单点定位和惯性系统的紧组合导航方法，属于组合导航定位技术领域。本发明在采用Kalman滤波求解状态方程和观测方程时，当只有时间更新时，仅与INS相关的状态量和协方差矩阵进行更新，不更新与GNSS相关的参数，在量测更新时，通过引入上一历元的模糊度参数和模糊度协方差进行更新。该方法根据时间更新频率快于量测更新频率，通过控制时间更新时只更新与INS相关的状态量和协方差矩阵，以避免多颗卫星时，状态转移矩阵阶数过大导致计算效率以及稳定性差的问题，提高了运算效率和实时性。

技术领域

本发明涉及一种北斗精密单点定位和惯性系统的紧组合导航方法，属于组合导航定位技术领域。

背景技术

2020年7月底，北斗三号全球卫星导航系统正式开通服务，标志着我国卫星导航开启全球化。北斗卫星导航系统为中国及全球用户提供全天候、全天时、高精度定位导航和授时服务，是国家重要的时空基础设施。目前，北斗系统已全面服务交通运输,公共安全,救灾减灾,农林牧渔,城市治理等各行各业,融入电力,金融,通信等国家核心基础设施建设。但是卫星信号的“脆弱性”导致复杂环境下的应用受限。信号易受遮挡、多径复杂，电磁环境下易受干扰和欺骗，导致信号中断从而失去连续定位的能力。惯性导航系统依靠陀螺仪和加速度计输出运动载体的角速度和加速度，通过积分的方式输出运动载体的位置、速度和姿态信息，具有独立自主、不受外界干扰等优点，但是因为惯性导航是一种递推式的导航方式，误差会随着时间逐渐增大。

卫星/惯性组合系统(GNSS/INS)可以实现两者的优势互补，为获得高精度的位置信息，常用的组合手段为DGNSS/INS组合以及PPP/INS组合。PPP/INS 组合仅使用一台用户接收机即可获得高精度的导航结果，具有更大的应用前景和使用场景。在卫星/惯性组合系统中一般使用扩展Kalman滤波算法进行系统融合解算，并估计卫星导航系统(GNSS)和惯性导航系统(INS)的相关参数。因为需要估计卫星模糊度参数，使得Kalman滤波时的相关矩阵阶数上升，增加了模型的复杂度，且降低了数据处理效率，既不利于实时解算，也不方便事后处理软件进行数据解算。

发明内容

本发明的目的是提供一种北斗精密单点定位和惯性系统的紧组合导航方法，以解决目前紧组合导航过程中存在的数据处理复杂、实时性低的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种北斗精密单点定位和惯性系统的紧组合导航方法，该导航方法包括以下步骤：

1)获取卫星观测数据、星历数据、钟差数据、改正文件数据和惯性数据；

2)根据获取的数据建立紧组合的状态方程和观测方程；

3)采用Kalman滤波求解所述的状态方程和观测方程，所述求解过程中在时间更新时，仅更新与INS相关的状态量及其协方差，在量测更新时，引入上一历元的模糊度参数和模糊度协方差。

本发明在采用Kalman滤波求解状态方程和观测方程时，当只有时间更新时，仅与INS相关的状态量和协方差矩阵进行更新，不更新与GNSS相关的参数，在量测更新时，通过引入上一历元的模糊度参数和模糊度协方差进行更新。该方法根据时间更新频率快于量测更新频率，通过控制时间更新时只更新与INS相关的状态量和协方差矩阵，以避免多颗卫星时，状态转移矩阵阶数过大导致计算效率以及稳定性差的问题，提高了运算效率和实时性。

进一步地，所述的状态方程为：