一种面向城市环境的多频BDS-2/BDS-3/INS车载组合定位方法技术

本发明专利技术公开了一种面向城市环境的多频BDS

【技术实现步骤摘要】
一种面向城市环境的多频BDS
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2/BDS
‑
3/INS车载组合定位方法


[0001]本专利技术属于北斗(BDS)导航定位
，具体涉及一种面向城市车载动态环境的多频BDS/INS组合定位技术。

技术介绍

[0002]随着自动驾驶技术的发展，城市复杂环境中的车载定位成为近年来研究的热点。由于存在复杂的信号遮挡，仅依靠全球导航卫星系统(GNSS)很难在诸如城市峡谷等复杂环境中获得稳定的高精度定位结果。惯性导航(INS)作为无源自主的导航定位系统，能够有效弥补卫星导航信号易受遮挡或干扰、导航数据更新率低以及缺乏姿态信息等方面的不足。因此，GNSS/INS组合定位可以克服各自的缺点，有效地提高组合系统的稳定性和连续性。
[0003]传统的GNSS/INS紧组合定位使用双频载波观测值和伪距观测值构建量测模型，在面对城市环境中卫星信号的复杂遮挡时，仍存在适应性不足，无法兼得定位精度和连续性的问题，从而影响组合定位的稳定性。此外，采用LAMBDA算法固定模糊度，必须基于浮点模糊度解及其协方差矩阵进行搜索，以获得正确的整数解，从而带来计算复杂性。在城市复杂环境中，GNSS信号易受干扰，一旦信号失锁或发生周跳，模糊度需要重新固定，导致定位可靠性不足，实时性难以保证。
[0004]随着北斗三号系统(BDS
‑
3)的正式开通，可以向外公开播发四频信号的数据，多频卫星观测信息为定位性能的提升提供了新的机遇及挑战。通过引入多频GNSS观测信息，获取连续单历元高精度GNSS观测值，有望提升紧组合定位系统整体输出稳定性和可靠性。目前，国内外大部分关于车载组合定位的研究主要集中在GNSS双频观测值与INS的组合，对于多频GNSS与INS的研究甚少，尤其是城市动态环境下。因此，有必要研究面向城市环境下多频BDS
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2/BDS
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3与INS的车载组合定位，来进一步提升组合定位的可靠性和实时性。

技术实现思路

[0005]为了克服传统紧组合定位在城市环境下易受环境制约和使用LAMBDA方法实时性不高等缺陷，提高组合定位的可靠性和实时性，本专利技术针对北斗导航系统的特点，提出一种面向城市环境的多频BDS
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2/BDS
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3/INS车载组合定位方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种面向城市环境的多频BDS
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2/BDS
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3/INS车载组合定位方法，包括以下步骤：
[0008]步骤(1)构建BDS多频线性组合载波相位和伪距双差模型，获取多频线性组合载波相位和伪距观测值；
[0009]步骤(2)基于BDS
‑
2三频信号及BDS
‑
3四频信号的特点和差异，根据波长、电离层和噪声因素的综合影响选择合适的观测值线性组合，解算BDS多频载波相位单历元模糊度；
[0010]步骤(3)根据城市观测环境的复杂程度，使用不同的模糊度固定策略：首先基于无几何(GF)模型单历元取整固定到多频宽巷模糊度，如果观测环境较为复杂，则直接使用已
经固定的宽巷模糊度参与定位解算，如果观测环境良好，允许对信号连续观测，则在已经固定的宽巷模糊度基础上再结合几何(GB)模型继续固定到窄巷模糊度后参与定位解算；
[0011]步骤(4)针对不同的模糊度固定策略的结果建立相应的观测向量，构建组合定位系统量测模型和状态模型；
[0012]步骤(5)在步骤(4)的基础上，使用抗差滤波方法剔除城市环境下观测值出现的异常值，以消除和削弱粗差对组合定位结果的影响。
[0013]所述步骤(1)中，构建BDS多频线性组合载波相位和伪距双差模型，获取多频线性组合载波相位和伪距观测值，具体包括：
[0014]BDS多频观测值的线性组合频率、波长和双差整周模糊度分别表示为：
[0015]f
(k)
＝i1·
f1+i2·
f2+
…
+i
k
·
f
k
ꢀꢀ
(1)
[0016][0017][0018]其中，c表示光速；f表示频率；k表示组合系数的个数，例如三频观测值，k＝3。因此，相应的多频双差载波相位和伪距线性组合观测值分别表示为：
[0019][0020][0021]其中，和表示频率f
i
对应的双差载波相位和伪距观测值。在短基线下，通过双差可以消除大气层延迟误差、卫星钟差、接收机钟差，上述多频双差伪距和相位线性组合观测值相对应的观测方程，可表示为：
[0022][0023][0024]其中，表示双差卫地距；和分别表示和的观测值噪声。
[0025]不失一般性，设各频率的相位观测值噪声相等且独立，相应的多频双差载波相位和伪距线性组合观测值噪声精度满足：
[0026][0027][0028]其中，和分别表示等价双差载波相位和伪距观测值噪声精度，表示噪声放大因子，表示为：
[0029][0030]所述步骤(2)中，基于BDS
‑
2三频信号及BDS
‑
3四频信号的特点和差异，根据波长、电离层和噪声因素的综合影响选择合适的观测值线性组合，解算BDS多频载波相位单历元模糊度，具体包括：
[0031]BDS多频观测值线性组合包括BDS
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2三频和BDS
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3四频的线性组合，其中，BDS
‑
2三
频信号分别为B1、B2和B3，BDS
‑
3四频信号分别为B1C、B1I、B3I和B2a。通过不同形式的组合，可以有无穷多个选择。因此，需要根据一定的准则选取最优组合作为多频相位单历元模糊度固定模型，通常需要满足波长较长，电离层延迟尺度因子较小以及观测值噪声放大因子较小等条件。
[0032]通过上述的准则进行组合系数计算后，确定超宽巷、宽巷和窄巷的线性组合，采用分步无几何(GF)模型按照模糊度固定的难度依次固定超宽巷(EWL)、宽巷(WL)和窄巷(NL)模糊度。因此，基于GF模型的超宽巷、宽巷和窄巷组合模糊度的解算如下式所述：
[0033][0034][0035][0036]其中，表示浮点模糊度，下标e
k
、w
k
和n
k
分别表示多频超宽巷、宽巷和窄巷组合；表示模糊度固定的相位组合观测值。需要注意的是，BDS
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3四频相对于BDS
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2三频，线性组合更多，在计算超宽巷/宽巷模糊度时，可以考虑计算两个超宽巷来固定宽巷模糊度。
[0037]所述步骤(3)中，根据城市观测环境的复杂程度，使用不同的模糊度固定策略：首先基于GF模型单历元取整固定到多频宽巷模糊度，如果观测环境较为复杂，则直接使用已经固定的宽巷模糊度参与定位解算，如果观测环境良本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向城市环境的多频BDS
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2/BDS
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3/INS车载组合定位方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)构建BDS多频线性组合载波相位和伪距双差模型，获取多频线性组合载波相位和伪距观测值；步骤(2)基于BDS
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2三频信号及BDS
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3四频信号的特点和差异，根据波长、电离层和噪声因素的综合影响选择合适的观测值线性组合，解算BDS多频载波相位单历元模糊度；步骤(3)根据城市观测环境的复杂程度，使用不同的模糊度固定策略：首先基于GF模型单历元取整固定到多频宽巷模糊度，如果观测环境较为复杂，则直接使用已经固定的宽巷模糊度参与定位解算，如果观测环境良好，允许对信号连续观测，则在已经固定的宽巷模糊度基础上再结合GB模型继续固定到窄巷模糊度后参与定位解算；步骤(4)在步骤(3)的基础上针对不同的模糊度固定策略的结果建立相应的观测向量，构建BDS
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2/BDS
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3/INS组合定位系统量测模型和状态模型；步骤(5)在步骤(4)的基础上，使用抗差滤波方法剔除城市环境下观测值出现的异常值，以消除和削弱粗差对组合定位结果的影响。2.根据权利要求1所述的一种面向城市环境的多频BDS
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2/BDS
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3/INS车载组合定位方法，其特征在于：步骤(1)BDS多频双差载波相位和伪距线性组合观测值分别表示为：征在于：步骤(1)BDS多频双差载波相位和伪距线性组合观测值分别表示为：其中，和表示频率f
i
对应的双差载波相位和伪距观测值；在短基线下，通过双差消除大气层延迟误差、卫星钟差、接收机钟差，上述多频双差伪距和相位线性组合观测值相对应的观测方程，表示为：相对应的观测方程，表示为：其中，表示双差卫地距；和分别表示和的观测值噪声。3.根据权利要求1所述的一种面向城市环境的多频BDS
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2/BDS
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3/INS车载组合定位方法，其特征在于：步骤(2)基于BDS
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2三频信号及BDS
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3四频信号的特点和差异，根据波长、电离层和噪声因素的综合影响选择合适的观测值线性组合，按照一定的准则选取最优组合，通常需要满足波长较长，电离层延迟尺度因子较小以及观测值噪声放大因子较小等条件。4.根据权利要求1所述的一种面向城市环境的多频BDS
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2/BDS
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3/INS车载组合定位方法，其特征在于：步骤(2)解算BDS多频载波相位单历元模糊度，具体包括：采用分步无几何(GF)模型按照模糊度固定的难度依次固定超宽巷(EWL)、宽巷(WL)和窄巷(NL)模糊度；因此，基于GF模型的超宽巷、宽巷和窄巷组合模糊度的解算如下式所述：窄巷(NL)模糊度；因此，基于GF模型的超宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘树国，马春，叶飞，高旺，刘力玮，王浩，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：