一种低轨导航增强下进行GNSS/INS组合导航的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种低轨导航增强下进行GNSS/INS组合导航的方法与装置，通过卫星导航和惯性导航的组合，弥补了惯性导航系统误差随时间累计的缺陷，并弥补了卫星导航系统易受环境影响信号失锁的缺陷，并将系统输出率提高几十到几百倍，大大增强了系统的动态适应能力。并且本发明专利技术卫星导航系统中采用了低轨导航增强信号，利用低轨运动速度快和实时GNSS精密改正信息，实现实时广域高精度定位，摆脱了传统实时高精度定位对RTK基准站的依赖。利用本发明专利技术，地面接收机在短时失锁重新捕获时采用惯导组合定位结果给联合实时非差精密单点定位模块初始化，缩短了高精度定位收敛的时间。

【技术实现步骤摘要】
一种低轨导航增强下进行GNSS/INS组合导航的方法和装置
本专利技术涉及地面实时高精度定位
，尤其是涉及一种低轨导航增强(LEO-NA，Lowearthorbit-Navigationaugment)下进行GNSS/INS组合导航的方法和装置。
技术介绍
卫星导航系统和惯性导航系统均为当前广泛使用的导航系统，当前已经建成的全球卫星导航系统包括：美国GPS系统、俄罗斯GLONASS系统、欧盟Galileo系统、中国北斗系统。卫星导航系统不是自主式定位，由于建筑物遮挡等原因容易发生信号中断等问题。另外由于存在电离层误差、对流层误差等各项误差，当前传统GNSS系统(全球导航卫星系统)只能为用户提供5～10m的定位精度。惯性导航系统，通过加速度计和陀螺等测量设备，能够连续提供位置、速度、姿态、航向等导航参数，短时精度高，输出连续，但是惯性导航系统具有固有缺陷：定位误差随时间积累，难以长时间独立工作，因此需要其他导航手段加以辅助。当前有地基增强系统对GNSS用户进行定位精度增强，通过建设地面基准站，用户采用差分RTK技术实现实时厘米级服务，但是地面基准站单站覆盖范围有限，且用户需通过UHF/VHF电台或者移动蜂窝网络与基准站进行信息交互，限制了用户使用。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于低轨导航增强下进行GNSS/INS组合导航的方法与装置，融合卫星导航系统和惯性导航系统各自的优势，并利用低轨卫星增强实现卫星导航的实时厘米级高精度定位，解决了现有技术存在的问题。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种低轨导航增强下进行GNSS/INS组合导航的方法，可以包括以下步骤：步骤一：接收GNSS信号，实现粗定位，根据粗定位结果进行初始化设置；步骤二：接收LEO增强信号，进行联合实时非差精密单点定位；步骤三：根据卫星导航系统高精度定位结果与惯性导航系统结果，得到最优估计结果和反馈校正；步骤四：当卫星导航信号失锁时，则进入惯性导航独立定位模式；步骤五：当卫星导航信号重新锁定时，通过失锁时间和惯性导航系统设备精度推算当前定位精度；步骤六：判断当前定位精度是否小于系统粗定位精度，并且在判断结果为小于时，则使用当前定位结果对联合非差精密单点定位模块重新初始化；步骤七：判断当前定位精度是否小于系统粗定位精度，并且在判断结果为大于时，则使用粗定位结果对联合非差精密单点定位模块重新初始化。进一步地，步骤一包括：步骤101：通过接收处理GNSS信号，得到伪距测量值、载波相位测量值，解析GNSS信号中广播电文，计算得到相应GNSS星位置；步骤102：根据伪距测量值和GNSS星位置进行定位解算，得到用户粗定位结果，包括位置速度，然后将位置速度对惯性导航系统进行初始化赋值。进一步地，步骤二包括：步骤201：对接收到的GNSS的伪距载波相位观测值和LEO-NA的伪距载波相位观测值进行数据预处理；步骤202：解析LEO-NA信号中增强电文，获取GNSS卫星精密轨道数据、GNSS卫星精密钟差数据、GNSS码偏差改正、地球自转参数、电离层改正和低轨卫星精密轨道、钟差；步骤203：根据以上增强改正信息，对观测数据进行误差改正；步骤204：根据联合观测方程，通过kalman滤波进行参数估计和整周模糊度固定处理，得到精密单点定位高精度定位结果；进一步地，步骤三包括：步骤301：根据卫星导航系统高精度定位结果与惯性导航系统结果获得位置速度差值，处理方式可以是两者做差；步骤302：建立组合导航卡尔曼滤波状态方程；步骤303：建立组合导航系统的量测方程；步骤304：进行卡尔曼滤波递推。进一步地，步骤六包括：步骤601：在判断结果为小于时，则使用当前定位结果对联合非差精密单点定位模块滤波器初值进行设置，即步骤204中滤波初值的设定；步骤602：重新进行联合非差精密单点定位，做组合导航滤波，得到最优估计。进一步地，步骤七包括：步骤701：在判断结果为不小于时，则使用粗定位结果对联合非差精密单点定位模块滤波器初值进行设置，即步骤204中滤波初值的设定；步骤702：重新进行联合非差精密单点定位，做组合导航滤波，得到最优估计。根据本申请的另一方面，还提供了一种低轨导航增强下进行GNSS/INS组合导航的装置，其包括卫星导航系统、惯性导航系统和组合导航卡尔曼滤波模块，并且该装置可以执行前述低轨导航增强下进行GNSS/INS组合导航的方法。根据本申请的再一方面，提供了一种低轨导航增强下进行GNSS/INS组合导航的装置，其包括卫星导航系统、惯性导航系统和组合导航卡尔曼滤波模块，其中，卫星导航系统通过GNSS接收处理模块、LEO增强信号接收处理模块分别接收并处理GNSS信号以及LEO增强信号以获得GNSS观测数据粗定位结果以及LEO观测数据、增强信号，随之输出到联合非差精密单点定位模块进行处理以获得最终卫星导航系统输出位置、速度；惯性导航系统进行初始化赋值，并根据初始位置、加速度计和陀螺测量数据进行积分运算，输出当前位置速度结果；组合导航卡尔曼滤波模块根据卫星导航系统定位结果和惯性导航系统定位结果进行组合运算，得到最优估计结果。与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下优点：(1)通过卫星导航和惯性导航的组合，弥补了双方的缺点，卫星导航系统高精度弥补了惯性导航系统误差随时间累计的缺陷，惯性导航系统稳定性弥补了卫星导航系统易受环境影响信号失锁的缺陷，并将系统输出率提高几十到几百倍，大大增强了系统的动态适应能力。(2)卫星导航系统中采用了低轨导航增强信号，利用低轨运动速度快和实时GNSS精密改正信息，实现实时广域高精度定位，比现有GNSS/INS组合导航系统定位精度高，且摆脱了传统实时高精度定位对RTK基准站的依赖。(3)短时失锁重新捕获时采用惯导组合定位结果给联合实时非差精密单点定位模块初始化，可以缩短高精度定位收敛的时间。附图说明图1为根据本专利技术的一种低轨导航增强下进行GNSS/INS组合导航的结构示意图；图2为根据本专利技术的一种低轨导航增强下进行GNSS/INS组合导航的工作流程示意图；图3为根据本专利技术的一种低轨导航增强下进行GNSS/INS组合导航中数据预处理的流程图。在附图中，11-惯性导航系统，12-卫星导航系统，13-组合导航卡尔曼滤波器模块。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。本描述中，动态航行体为携带GNSS模块和惯导模块的车辆，然而，在其他实施过程中，动态航行体还可以为其他运动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低轨导航增强下进行GNSS/INS组合导航的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：接收GNSS信号，实现粗定位，根据粗定位结果进行初始化设置；/n步骤二：接收低轨导航增强信号，进行联合实时非差精密单点定位；/n步骤三：根据卫星导航系统高精度定位结果与惯性导航系统结果，得到最优估计结果和反馈校正；/n步骤四：当卫星导航信号失锁时，则进入惯性导航独立定位模式；/n步骤五：当卫星导航信号重新锁定时，通过失锁时间和惯性导航系统设备精度推算当前定位精度；/n步骤六：判断当前定位精度是否小于系统粗定位精度，并且在判断结果为小于时，则使用当前定位结果对联合非差精密单点定位模块重新初始化；/n步骤七：判断当前定位精度是否小于系统粗定位精度，并且在判断结果为大于时，则使用粗定位结果对联合非差精密单点定位模块重新初始化。/n

【技术特征摘要】
1.一种低轨导航增强下进行GNSS/INS组合导航的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：接收GNSS信号，实现粗定位，根据粗定位结果进行初始化设置；
步骤二：接收低轨导航增强信号，进行联合实时非差精密单点定位；
步骤三：根据卫星导航系统高精度定位结果与惯性导航系统结果，得到最优估计结果和反馈校正；
步骤四：当卫星导航信号失锁时，则进入惯性导航独立定位模式；
步骤五：当卫星导航信号重新锁定时，通过失锁时间和惯性导航系统设备精度推算当前定位精度；
步骤六：判断当前定位精度是否小于系统粗定位精度，并且在判断结果为小于时，则使用当前定位结果对联合非差精密单点定位模块重新初始化；
步骤七：判断当前定位精度是否小于系统粗定位精度，并且在判断结果为大于时，则使用粗定位结果对联合非差精密单点定位模块重新初始化。


2.根据权利要求1所述的一种低轨导航增强下进行GNSS/INS组合导航的方法，其特征在于，所述步骤一包括：
步骤101：通过接收处理GNSS信号，得到伪距测量值、载波相位测量值，解析GNSS信号中广播电文，计算得到相应GNSS星位置；
步骤102：根据伪距测量值和GNSS星位置进行定位解算，得到用户粗定位结果，包括位置速度，然后将位置速度对惯性导航系统进行初始化赋值。


3.根据权利要求1所述的一种低轨导航增强下进行GNSS/INS组合导航的方法，其特征在于，所述步骤二包括：
步骤201：对接收到的GNSS的伪距载波相位观测值和LEO-NA的伪距载波相位观测值进行数据预处理；
步骤202：解析LEO-NA信号中增强电文，获取GNSS卫星精密轨道数据、GNSS卫星精密钟差数据、GNSS码偏差改正、地球自转参数、电离层改正和低轨卫星精密轨道、钟差；
步骤203：根据以上增强改正信息，对观测数据进行误差改正；
步骤204：根据联合观测方程，通过kalman滤波进行参数估计和整周模糊度固定处理，得到精密单点定位高精度定位结果；
步骤205：卡尔曼滤波算法进行滤波迭代，计算整周模糊度，得到联合实时高精度位置和速度。


4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张悦，江金凤，樊晓明，
申请(专利权)人：火眼位置数智科技服务有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31