INS辅助GNSS定位的粗差剔除方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种INS辅助GNSS定位的粗差剔除方法及系统，所述方法包括：步骤1：获取当前时间的GNSS观测值数据；步骤2：根据之前的GNSS定位结果，估算GNSS卡尔曼滤波器的状态；步骤3：剔除伪距观测值粗差，剔除多普勒观测值粗差；步骤4：根据观测值的跟踪状态、通道噪声、载噪比以及伪距残差来设置观测值噪声；步骤5：根据观测值的整体状况，以及参与定位卫星的分布状况来设定系统噪声；步骤6：进行GNSS定位的卡尔曼滤波，更新卡尔曼滤波的当前状态，输出数据。本发明专利技术采用INS辅助GNSS定位剔除粗差，由于有GNSS辅助的INS定位具有定位误差小，短时间内不受遮挡环境影响的特点，可以有效提高GNSS剔除观测值粗差的正确性，减少GNSS定位偏差。定位偏差。定位偏差。

【技术实现步骤摘要】
INS辅助GNSS定位的粗差剔除方法及系统


[0001]本专利技术涉及GNSS/INS导航
，尤其涉及一种INS辅助GNSS定位的粗差剔除方法及系统。

技术介绍

[0002]GNSS（Global Navigation Satellite System，全球卫星导航系统）导航定位依赖接收GNSS卫星信号进行定位，具有全天候、实时、精度较高、导航误差不随时间累积等优点，但是也存在信号容易受到遮挡或干扰导致无法定位、数据更新率低以及在动态环境中可靠性较差等问题。
[0003]惯性导航系统（Inertial Navigation System，INS）是一种不依赖于外部信息的自主式导航系统。INS根据牛顿力学原理，由陀螺仪和加速度计测得的载体相对于惯性空间的角速度和加速度信息，积分求得载体的三维速度、位置和姿态信息等导航参数。是一种自主性强、隐蔽性好、不受气象条件限制、短时精度高的导航系统。其优点是不受外界环境（包括遮挡、电磁干扰等）影响，并可以在一定的时间内保证较高精度，缺点是定位误差会随时间积累。高精度的惯性导航器件成本可达百万人民币，而低成本惯性器件精度较低，且误差扩散比较快，难以满足长时间独立导航需求。
[0004]随着对运动载体的导航定位精度和可靠性要求的提高，单一的导航系统已经难以满足用户的需求。由于GNSS和INS具有良好的优势互补性，因此GNSS/INS组合可以提高系统的整体导航性能及导航精度。GNSS/INS组合导航可以使用低成本惯导器件，具有成本上的优势，并且可以满足民用导航定位的需求。
[0005]对于GNSS定位，如何在定位之前剔除观测值粗差是一个关键技术点。通常做法是利用前一次的GNSS定位，递推估计得到当前的位置，从而估计卫星观测值的残差，再剔除残差较大的卫星。这样的做法存在两个缺陷：1、有些时候得不到之前的GNSS定位，比如启动后首次定位，还有经过遮挡环境严重（此时无法定位）之后的首次定位。
[0006]2、如果之前GNSS定位的偏差较大，会存在良好观测值被剔除的可能性。

技术实现思路

[0007]本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种INS辅助GNSS定位的粗差剔除方法及系统，以减少GNSS定位偏差。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提出了一种INS辅助GNSS定位的粗差剔除方法，包括：步骤1：获取当前时间的GNSS观测值数据，所述观测值包括伪距、载波以及多普勒中的一种或多种；步骤2：根据上一时刻的GNSS定位结果，估算GNSS卡尔曼滤波器的状态，所述状态包括位置、速度、用户接收机钟差、用户接收机钟漂；如果上一时刻的GNSS定位不可用，则用
INS的位置和速度信息来更新GNSS卡尔曼滤波器的当前位置和速度，用户接收机钟差和钟漂保持不变；步骤3：剔除伪距观测值粗差，剔除多普勒观测值粗差；步骤4：根据观测值的跟踪状态、通道噪声、载噪比、伪距残差以及多普勒残差来设置观测值噪声；步骤5：根据观测值的整体状况，以及参与定位卫星的分布状况来设定系统噪声；步骤6：进行GNSS定位的卡尔曼滤波，更新卡尔曼滤波的当前状态，输出位置、速度、钟差、钟漂数据。
[0009]相应地，本专利技术实施例还提供了一种INS辅助GNSS定位的粗差剔除系统，包括：模块1：获取当前时间的GNSS观测值数据，所述观测值包括伪距、载波以及多普勒中的一种或多种；模块2：根据上一时刻的GNSS定位结果，估算GNSS卡尔曼滤波器的状态，所述状态包括位置、速度、用户接收机钟差、用户接收机钟漂；如果上一时刻的GNSS定位不可用，则用INS的位置和速度信息来更新GNSS卡尔曼滤波器的当前位置和速度，用户接收机钟差和钟漂保持不变；模块3：剔除伪距观测值粗差，剔除多普勒观测值粗差；模块4：根据观测值的跟踪状态、通道噪声、载噪比、伪距残差以及多普勒残差来设置观测值噪声；模块5：根据观测值的整体状况，以及参与定位卫星的分布状况来设定系统噪声；模块6：进行GNSS定位的卡尔曼滤波，更新卡尔曼滤波的当前状态，输出位置、速度、钟差、钟漂数据。
[0010]本专利技术的有益效果为：本专利技术采用INS辅助GNSS定位剔除粗差，由于有GNSS辅助的INS定位具有定位误差小，短时间内不受遮挡环境影响的特点，可以有效提高GNSS剔除观测值粗差的正确性，减少GNSS定位偏差。
附图说明
[0011]图1是本专利技术实施例的INS辅助GNSS定位的粗差剔除方法的流程示意图。
[0012]图2是本专利技术实施例的伪距计算通用流程图。
[0013]图3是本专利技术实施例的剔除伪距粗差流程图。
[0014]图4是本专利技术实施例的伪距粗差判定及剔除流程图。
[0015]图5是本专利技术实施例的剔除多普勒粗差流程图。
[0016]图6是本专利技术实施例的多普勒粗差判定及剔除流程图。
具体实施方式
[0017]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0018]请参照图1，本专利技术实施例的INS辅助GNSS定位的粗差剔除方法包括步骤1～步骤6。
[0019]步骤1：获取当前时间的GNSS观测值数据，所述观测值包括伪距、载波以及多普勒
观测值中的一种或多种。
[0020]步骤2：根据之前的GNSS定位结果，估算GNSS卡尔曼滤波器的状态，所述状态包括位置、速度、用户接收机钟差、用户接收机钟漂；作为一种实施方式，其计算方法：
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（式1）；其中，为k+1时刻位置，为k时刻位置，为k+1时刻速度；为k时刻速度，为k+1时刻接收机钟差，为k时刻接收机钟差，为k+1时刻接收机钟漂，为k时刻接收机钟漂，为k+1时刻跟k时刻之间的时间差。
[0021]如果之前的GNSS定位不可用，则用INS的位置和速度信息来更新GNSS卡尔曼滤波器的当前位置和速度，用户接收机钟差和钟漂保持不变。
[0022]步骤3：剔除伪距观测值粗差，剔除多普勒观测值粗差。
[0023]步骤4：量测噪声估计。根据观测值的跟踪状态、通道噪声、载噪比、伪距残差以及多普勒残差来设置观测值噪声。
[0024]步骤5：系统噪声估计。根据观测值的整体状况，以及参与定位卫星的分布状况来设定系统噪声。
[0025]步骤6：进行GNSS定位的卡尔曼滤波，更新卡尔曼滤波的当前状态，输出位置、速度、钟差、钟漂等数据。
[0026]作为一种实施方式，请参照图2，伪距计算步骤如下：子步骤1、计算本地时间。本地时间由本地时钟保持，在更新时需要修正晶振频偏。
[0027]子步骤2、查询通道（GNSS芯片在通道中完成对GNSS信号的接收和数据处理）是否完成比特同步和帧同步，完成后才能计算伪距。
[0028]子步骤3、读取通道码相位、当前比特内码周期计数和当前帧内比特计数。
[0029]子步骤4、根据码相位、码周期计数和比特计数计算卫星信号发射时间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种INS辅助GNSS定位的粗差剔除方法，其特征在于，包括：步骤1：获取当前时间的GNSS观测值数据，所述观测值包括伪距、载波以及多普勒中的一种或多种；步骤2：根据上一时刻的GNSS定位结果，估算GNSS卡尔曼滤波器的状态，所述状态包括位置、速度、用户接收机钟差、用户接收机钟漂；如果上一时刻的GNSS定位不可用，则用INS的位置和速度信息来更新GNSS卡尔曼滤波器的当前位置和速度，用户接收机钟差和钟漂保持不变；步骤3：剔除伪距观测值粗差，剔除多普勒观测值粗差；步骤4：根据观测值的跟踪状态、通道噪声、载噪比、伪距残差以及多普勒残差来设置观测值噪声；步骤5：根据观测值的整体状况，以及参与定位卫星的分布状况来设定系统噪声；步骤6：进行GNSS定位的卡尔曼滤波，更新卡尔曼滤波的当前状态，输出位置、速度、钟差、钟漂数据。2.如权利要求1所述的INS辅助GNSS定位的粗差剔除方法，其特征在于，步骤1中，根据以下步骤计算伪距观测值：子步骤1、计算本地时间；子步骤2、查询通道是否完成比特同步和帧同步，完成后进入子步骤3；子步骤3、读取通道码相位、当前比特内码周期计数和当前帧内比特计数；子步骤4、根据码相位、码周期计数和比特计数计算卫星信号发射时间；子步骤5、计算发射时间和伪距观测值；其中伪距观测值计算如下：；其中，为本地时间，为光速，为卫星信号发射时间。3.如权利要求1所述的INS辅助GNSS定位的粗差剔除方法，其特征在于，步骤2中，采用下式计算GNSS卡尔曼滤波器的状态：；其中，为k+1时刻位置，为k时刻位置，
为k+1时刻速度；为k时刻速度，为k+1时刻接收机钟差，为k时刻接收机钟差，为k+1时刻接收机钟漂，为k时刻接收机钟漂，为k+1时刻跟k时刻之间的时间差。4.如权利要求2所述的INS辅助GNSS定位的粗差剔除方法，其特征在于，步骤3中，根据以下步骤剔除伪距观测值粗差：获取当前时间的GNSS卫星伪距观测值；计算卫星位置；计算卫星和用户之间的几何距离，计算公式如下：；其中，为卫星i和用户之间的几何距离，为用户的三维坐标，为卫星i的三维坐标，为距离的地球自转修正，i为卫星编号；计算卫星钟差；计算电离层延迟；计算对流层延迟；计算伪距残差，计算公式如下：；为卫星i的伪距残差，为光速，为接收机钟差，为对于卫星i的多路径效应误差，为对于卫星i的伪距观测值噪声，为对于卫星i的伪距观测值，为卫星i的卫星钟差，为对于卫星i的电离层延迟，为对于卫星i的对流层延迟；剔除残差超过预设阈值的伪距观测值。5.如权利要求4所述的INS辅助GNSS定位的粗差剔除方法，其特征在于，步骤3中，根据以下步骤对卫星的伪距粗差进行判定及剔除：获取所有卫星的伪距残差；对所有伪距残差按从小到大的顺序排序；选择中心位置的伪距残差作为参考值，记为；将其他卫星的伪距残差和参考值做差，结果即为伪距单差，第i颗卫星的伪距单差记为：；
根据卫星的信号跟踪状态以及伪距单差设定每一颗卫星的伪距剔除门限，记为，如果，则剔除该伪距观测值。6.如权利要求1所述的INS辅助GNSS定位的粗差剔除方法，其特征在于，步骤3中，根据以下步骤剔除多普勒粗差：获取当前时间的GNSS卫星多普勒观测值；计算用户至卫星之间的位置矢量；获取卫星速度和用户速度；计算用户和卫星相对速度在位置矢量上的投影分量；计算用户和卫星i的径向速度；计算卫星钟速；根据以下公式计算多普勒残差：；式中为卫星i的多普勒残差，为光速，为接收机钟漂，为卫星i的多普勒观测值噪声，为卫星i信号的多普勒观测量，为卫星i信号的载波波长，为用户和卫星的径向速度，为卫星钟速；剔除残差超过预设阈值的多普勒观测值。7.如权利要求6所述的INS辅助GNSS定位的粗差剔除方法，其特征在于，步骤3中，根据以下步骤对卫星的多普勒粗差判定及剔除：获取所有卫星的多普勒残差；对所有多普勒残差按从小到大的顺序排序；选择中心位置的多普勒残差作为参考值，记为；将其他卫星的多普勒残差和参考值做差，结果即为多普勒单差，第i颗卫星的多普勒单差记为：；根据卫星的信号跟踪状态以及多普勒单差设定每一颗卫星的多普勒剔除门限，记为，如果，则剔除该多普勒观测值。8.一种IN...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，于洪涛，
申请(专利权)人：北京北斗华大科技有限公司，
类型：发明
国别省市：