一种GNSS-INS紧组合中异常值探测方法和平差定位方法技术

本发明专利技术公开了一种GNSS

【技术实现步骤摘要】
一种GNSS
‑
INS紧组合中异常值探测方法和平差定位方法


[0001]本专利技术属于导航定位
，具体涉及一种GNSS
‑
INS紧组合中异常值探测方法和平差定位方法。

技术介绍

[0002]GNSS可以提供长时间内的米级单点定位以及厘米级动态相对定位，典型输出频率约为10Hz，标准GNSS用户设备不能测量姿态。GNSS在使用过程中，信号可能会被遮挡或干扰，因此不能单独依赖GNSS来提供连续导航参数。
[0003]惯性导航（INS）具有很多优点，连续工作，稳定性高，可以提供最少50Hz的高带宽输出，具有很低的短时噪声。它既能提供有效的姿态、角速率和加速度测量，又能输出位置和速度，而且不易被干扰，然而，由于惯性仪表误差通过导航方程被不断积分，因此惯性导航解算的精度随时间下降，且需要初始化。
[0004]GNSS与INS组合可以结合两种技术的优势，以提供连续、高带宽、长时间高精度的完整导航参数。在GNSS/INS组合导航系统的紧组合架构中，GNSS测量抑制了惯性导航的漂移，而INS对GNSS导航结果进行了平滑并弥补了其信号中断。其中用户端接收GNSS信号解码得到的原始观测值中，载波相位观测值拥有比伪距观测值更高的精度，但必须在参数估计过程中需要解算初始整周模糊度，才能达到精度较高的固定解结果,其可靠性在不同环境中差异变化较大。在观测条件良好的开阔环境中，GNSS载波相对定位可以保持优异的定位性能，然而当观测条件变差时，其固定率和定位精度明显下降，原因在于复杂观测环境中，GNSS定位信号受到障碍物遮挡、衍射、多路径等因素的影响，载波观测值中出现周跳和粗差，因此，为保证整个系统的正常工作，在定位过程中必须对原始观测值进行质量控制，以减小异常值对于定位结果的影响。
[0005]目前在动态解算中常用的GNSS周跳探测方法有失锁标识符（LLI）法，多普勒探测方法、电离层残差法(GF)、伪距相位组合法(MW)、以及多频组合进行周跳探测等等。另外，在GNSS的异常值中周跳具有历元之间的继承性，一般发生周跳后需要对对应的卫星整周模糊度进行重新初始化，而观测值中的粗差只对当前历元有影响，目前常见粗差探测方法一般是依据验后残差进行重新定权，通常认为某一颗卫星观测值粗差会导致该卫星验后观测值残差变大，在对残差进行标准化之后，通过特定的权函数，依据残差大小进行不同程度的定权，以削弱粗差的影响。
[0006]但是目前的周跳探测方法及抭差方法仍存在各种问题：（1）LLI方法在很多情况下的原始数据中未进行记录，其次它对于观测值层面的周跳指示可信度不足，无法单独作为判定标准。（2）多普勒积分方法存在探测的过程中受到用户端潜在钟跳的影响，用户端钟跳同样可能引起误判为周跳，造成定位不良影响。（3）GF方法在电离层活跃或者电离层环境差异较大的环境中难以发挥作用，MW探测精度受到伪距噪声水平影响，且二者均存在探测盲区。（4）常见的抗差方法一般对单一卫星的粗差效果明显，但当多颗卫星受到影响时，其效果将显著下降，甚至会导致定位结果更加。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种GNSS
‑
INS紧组合中异常值探测方法和平差定位方法，可避免环境变化对探测判定准则的影响，识别准确度高，定位更准确。
[0008]为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种GNSS
‑
INS紧组合中异常值探测方法，包括：步骤1，通过INS位置递推获取第i颗观测卫星在历元k的载波相位双差预测值，再根据载波伪距原始观测值确定第i颗观测卫星在历元k的载波相位双差观测值，对预测值与观测值求差得到第i颗观测卫星在历元k的载波相位双差的残差；，N表示观测卫星的数量；步骤2，将所有观测卫星在历元k的载波相位双差的残差按从小到大排序，并计算残差序列中预设位置部分残差的标准差；步骤3，将每个残差分别与n倍标准差比较：若某观测卫星对应的载波相位双差残差大于n倍标准差，则该观测卫星在历元k的观测值为异常值。
[0009]进一步地，所述预设位置部分残差是指位于残差序列的1/4到3/4位置的残差。
[0010]进一步地，n取值为3到5。
[0011]一种平差定位方法，采用上述任一项所述的GNSS
‑
INS紧组合中异常值探测方法对观测卫星的异常观测值进行探测，并将观测值异常的卫星剔除处理；然后利用剩余的卫星观测数据进行平差定位。
[0012]进一步地，采用卡尔曼滤波进行平差定位计算，并在平差定位过程中：首先利用平差定位得到的坐标结果获取各参与解算观测卫星的验后残差；然后对各观测卫星的验后残差进行卡方检验，并在卡方检验失败的情况下使用IGGⅢ验后抗差模型，反复修正各参与解算观测卫星的权重，直至所有观测卫星的验后残差均通过卡方检验或达到最大抗差迭代次数；每次使用IGGⅢ验后抗差模型修正观测卫星权重的方法为：式中，中间量，表示验后残差，为验后单位权中误差，,为经验性抗差参数。
[0013]进一步的平差定位方法中，在使用IGGⅢ验后抗差过程中，每次迭代仅计算验后残差最大值对应的观测卫星的权因子，并调整对应观测数据的权重。
[0014]有益效果 本专利技术一方面根据INS的预测值统计特性确定异常值判定的决策标准，对每个历元GNSS载波原始观测值进行异常值探测，对观测值异常的卫星进行剔除；另一方面在异常值探测剔除的基础上进一步进行验后抗差，保证观测值质量控制的可靠性。因此本专利技术提
出的异常值探测方法可避免环境变化对探测判定准则的影响，依赖可靠程度更高的INS对周跳识别准确度高，对常规方法不易识别的较小粗差敏感，经过实验验证其定位结果更加稳定。
附图说明
[0015]图1是本专利技术实施例3所述方法的流程图；图2是本实施例中所述第1次模拟测试时，静止状态下G02卫星决定量及阈值示意图；图3是本实施例中所述第1次模拟测试时，运动状态下G02卫星决定量及阈值示意图；图4是本实施例中所述第2次模拟测试时，静止状态下G02、G06卫星决定量及阈值示意图；图5是本实施例中所述第2次模拟测试时，运动状态下G02、G06卫星决定量及阈值示意图。
具体实施方式
[0016]下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例以本专利技术的技术方案为依据开展，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，对本专利技术的技术方案作进一步解释说明。
[0017]为准确、可靠地识别全球导航卫星系统（GNSS）/惯性导航系统（INS）多传感器集成中GNSS原始观测量的异常值，提高融合算法的抗干扰性能，本专利技术提出一种基于INS预测量的GNSS异常值探测方法和平差定位方法，利用该方法可对高精度载波观测值中的粗差及周跳进行探测，对观测数据异常的卫星进行剔除或者降权，从而大幅减弱复杂环境变化对定位结果的影响，增加在实际应用中的观测数据可用性。本专利技术的主要应用领域为GNSS/INS多传感器导航定位以及集成系统的高精度变形监测。
[0018]在基于GNSS/INS组合的导航定位解算过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GNSS
‑
INS紧组合中异常值探测方法，其特征在于，包括：步骤1，通过INS位置递推获取第i颗观测卫星在历元k的载波相位双差预测值，再根据载波伪距原始观测值确定第i颗观测卫星在历元k的载波相位双差观测值，对预测值与观测值求差得到第i颗观测卫星在历元k的载波相位双差的残差；，N表示观测卫星的数量；步骤2，将所有观测卫星在历元k的载波相位双差的残差按从小到大排序，并计算残差序列中预设位置部分残差的标准差；步骤3，将每个残差分别与n倍标准差比较：若某观测卫星对应的载波相位双差残差大于n倍标准差，则该观测卫星在历元k的观测值为异常值。2.根据权利要求1所述的GNSS
‑
INS紧组合中异常值探测方法，其特征在于，所述预设位置部分残差是指位于残差序列的1/4到3/4位置的残差。3.根据权利要求1所述的GNSS
‑
INS紧组合中异常值探测方法，其特征在于，n取值为3到5。4.一种平差定位方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴吾蛟，任钊，余文坤，李鑫，潘林，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：