一种惯性辅助北斗三号多频模糊度可靠固定的方法技术

本发明专利技术公开的一种惯性辅助北斗三号多频模糊度可靠固定的方法，属于北斗/惯导组合导航高精度数据处理领域。本发明专利技术采用紧组合的方式在北斗三号多频伪距和载波相位观测值层面进行信息融合，利用INS预测的位置辅助北斗三号超宽巷、宽巷和L1频点的模糊度解算；INS辅助超宽巷模糊度时采用无几何距离模型，在辅助宽巷模糊度时采用几何相关模型，联合利用固定的超宽巷观测值、惯导预测的位置观测值与宽巷观测值解算浮点宽巷模糊度采用LAMBDA方法进行模糊固定。求解L1频点的模糊度参数利用固定的宽巷观测值，而不采用INS预测的位置约束，进而避免INS出现系统偏差后阻碍L1模糊度固定的影响。本发明专利技术能够提高模糊度固定成功率和可靠性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种惯性辅助北斗三号多频模糊度可靠固定的方法


[0001]本专利技术涉及一种惯性辅助北斗三号多频模糊度可靠固定的方法，属于北斗/惯导组合导航高精度数据处理领域。

技术介绍

[0002]北斗三号全球导航卫星系统已于2020年7月底正式开通，北斗三号公开地播发四频信号(B1C、B1I、B3I和B2a)。高精度厘米级定位的前提是载波相位整周模糊度的正确求解，北斗三号多频观测值将有助于模糊度快速可靠固定。然而，在城市等复杂观测环境中，卫星信号不可避免地会被遮挡和干扰，此时观测值容易被多路径等误差污染，严重影响导航定位的精度。与卫星导航系统相比，惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)是一种完全自主的导航系统，具有短期精度高等优点，INS通常与卫星导航系统进行组合形成优势互补，进而提升整体性能。其中，基于载波相位观测值的北斗三号/INS紧组合可以利用INS的短期高精度位置信息辅助多频模糊度解算，提高模糊度固定成功率和可靠性。模糊度固定成功后的载波相位观测值可辅助INS减小误差漂移，实现高精度定位定姿。
[0003]北斗三号/INS紧组合实现厘米级高精度定位的关键是INS辅助多频模糊度固定。传统INS辅助多频模糊度固定的方法均通过INS预测的位置信息作为约束依次固定超宽巷、宽巷和L1模糊度。然而，L1频点的波长只有约20cm，一旦INS的状态出现系统偏差(比如接受了错误固定的模糊度并用于紧组合滤波更新)，那么INS定位约束将阻碍L1模糊度的固定，甚至导致紧组合滤波发散，导致定位不准确。

技术实现思路

[0004]为克服传统INS辅助多频模糊度固定方法在固定L1频点模糊度时存在的缺陷，本专利技术的主要目的是提供一种惯性辅助北斗三号多频模糊度可靠固定的方法，采用紧组合的方式在北斗三号多频伪距和载波相位观测值层面进行信息融合，利用INS预测的位置辅助北斗三号超宽巷、宽巷和L1频点的模糊度解算；联合利用固定的超宽巷观测值、惯导预测的位置观测值与宽巷观测值解算浮点宽巷模糊度，然后采用LAMBDA方法进行固定；宽巷模糊度固定后能够用于辅助L1频点模糊度的固定，INS辅助北斗三号超宽巷模糊度的固定也能够减少易受粗差影响的伪距观测值的使用，提高模糊度固定成功率和可靠性，进而提高北斗三号/INS紧组合的可靠性和可用性，实现高精度定位定姿。
[0005]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
[0006]本专利技术公开的一种惯性辅助北斗三号多频模糊度可靠固定的方法，采用紧组合的方式在北斗三号多频伪距和载波相位观测值层面进行信息融合，利用INS预测的位置辅助北斗三号超宽巷、宽巷和L1频点的模糊度解算。INS辅助超宽巷模糊度时采用无几何距离模型，在辅助宽巷模糊度时采用几何相关模型，联合利用固定的超宽巷观测值、惯导预测的位置观测值与宽巷观测值解算浮点宽巷模糊度，然后采用LAMBDA(Least
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Squares AMBiguity Decorrelation Adjustment)方法进行模糊固定。固定后的宽巷模糊度用于辅助L1频点模
糊度的固定，即实现惯性辅助北斗三号多频模糊度可靠固定。
[0007]所述固定后的宽巷模糊度用于辅助L1频点模糊度的固定，求解L1频点的模糊度参数利用固定的宽巷观测值，而不采用INS预测的位置约束。利用INS预测的位置与通过星历获得的卫星位置计算卫地距，该卫地距将取代伪距观测值用于计算超宽巷模糊度(B1C
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B1I和B3I
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B2a)，通过取整法得到超宽巷模糊度；利用INS预测的位置观测与固定的超宽巷观测作为约束，联合宽巷观测值(B1I
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B3I)组建方程组解算浮点宽巷模糊度及其方差
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协方差矩阵；利用固定的宽巷观测值作为约束，联合L1观测值组建方程组解算L1浮点模糊度及其方差
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协方差矩阵，采用LAMBDA方法固定宽巷模糊度；利用固定的宽巷观测值作为约束，联合L1观测值组建方程组解算L1浮点模糊度及其方差
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协方差矩阵，然后采用LAMBDA方法固定L1浮点模糊度。由于宽巷模糊度固定后能够提供较高精度的定位约束辅助L1模糊度固定，因此不利用INS先验位置约束，进而避免INS出现系统偏差后阻碍L1模糊度固定的影响。
[0008]所述北斗三号/INS紧组合的实现方式为，利用INS预测的位置信息辅助北斗三号多频模糊度固定，将模糊度固定后的载波相位观测值与惯性测量值进行融合，在线估计出惯性器件误差和导航误差并输出高精度位置、速度和姿态信息，即，利用固定的L1模糊度后的载波相位观测值与INS预测形成的卫地距观测值作差作为测量，修正INS的累计误差并对惯性器件误差进行在线补偿，北斗信号失锁后利用补偿后的惯性器件数据维持高精度机械编排解算，输出位置、速度和姿态信息。
[0009]所述采用无几何距离模型固定超宽巷模糊度的实现方式为，
[0010]利用INS预测的位置与通过星历获得的卫星位置计算卫地距，该卫地距将取代伪距观测值用于计算超宽巷模糊度，通过取整法得到超宽巷模糊度。
[0011]采用几何相关模型固定宽巷模糊度的实现方式为，
[0012]利用INS预测的位置观测与上一步固定的超宽巷观测作为约束，联合宽巷观测值组建方程组解算浮点宽巷模糊度及其方差
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协方差矩阵，然后采用LAMBDA方法固定宽巷模糊度。
[0013]采用几何相关模型固定L1模糊度的实现方式为，
[0014]利用固定的宽巷观测值作为约束，联合L1观测值组建方程组解算L1浮点模糊度及其方差
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协方差矩阵，然后采用LAMBDA方法固定L1模糊度。
[0015]所述模糊度检核的实现方式为，
[0016]在采用几何相关模型固定宽巷和L1模糊度的时候，利用数据驱动的指标ratio值和模型驱动的指标BootStrapping成功率来验证模糊度固定是否正确，同时检核固定模糊度的相位观测值最小二乘验后残差，进一步确定搜索的模糊度是否正确。
[0017]而且，北斗三号多频观测值与惯性器件观测值进行融合的状态估计方法包括但不限于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)或者图优化(Graph Optimization)等。
[0018]有益效果：
[0019]1、本专利技术公开的一种惯性辅助北斗三号多频模糊度可靠固定的方法，利用惯导预测的先验位置信息辅助北斗三号超宽巷模糊度和宽巷模糊度固定，然后利用固定的宽巷观测值辅助L1频点的模糊度固定。其中，惯导辅助超宽巷模糊度固定时直接采用无几何距离模型，固定宽巷和L1模糊度时采用几何相关模型，在固定L1模糊度时采用固定的宽巷观测
约束而不是惯导先验位置约束。由于惯导先验位置出现L1波长大小的系统偏差时将阻碍L1频点模糊度的固定，而超宽巷和宽巷组合的波长远大于L1频点，该系统偏差对固定超宽巷和宽巷模糊度的影响非常有限，从而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种惯性辅助北斗三号多频模糊度可靠固定的方法，其特征在于：采用紧组合的方式在北斗三号多频伪距和载波相位观测值层面进行信息融合，利用INS预测的位置辅助北斗三号超宽巷、宽巷和L1频点的模糊度解算；INS辅助超宽巷模糊度时采用无几何距离模型，在辅助宽巷模糊度时采用几何相关模型，联合利用固定的超宽巷观测值、惯导预测的位置观测值与宽巷观测值解算浮点宽巷模糊度，然后采用LAMBDA方法进行模糊固定；固定后的宽巷模糊度用于辅助L1频点模糊度的固定，即实现惯性辅助北斗三号多频模糊度可靠固定。2.如权利要求1所述的一种惯性辅助北斗三号多频模糊度可靠固定的方法，其特征在于：所述固定后的宽巷模糊度用于辅助L1频点模糊度的固定，求解L1频点的模糊度参数利用固定的宽巷观测值，而不采用INS预测的位置约束，具体实现方法为：利用INS预测的位置与通过星历获得的卫星位置计算卫地距，该卫地距将取代伪距观测值用于计算超宽巷模糊度(B1C
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B1I和B3I
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B2a)，通过取整法得到超宽巷模糊度；利用INS预测的位置观测与固定的超宽巷观测作为约束，联合宽巷观测值(B1I
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B3I)组建方程组解算浮点宽巷模糊度及其方差
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协方差矩阵；利用固定的宽巷观测值作为约束，联合L1观测值组建方程组解算L1浮点模糊度及其方差
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协方差矩阵，采用LAMBDA方法固定宽巷模糊度；利用固定的宽巷观测值作为约束，联合L1观测值组建方程组解算L1浮点模糊度及其方差
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协方差矩阵，然后采用LAMBDA方法固定L1浮点模糊度。3.如权利要求1所述的一种惯性辅助北斗三号多频模糊度可靠固定的方法，其特征在于：所述北斗三号/INS紧组合的实现方式为，利用INS预测的位置信息辅助北斗三号多频模糊度固定，将模糊度固定后的载波相位观测值与惯性测量值进行融合，在线估计出惯性器件误差和导航误差并输出高精度位置、速度和姿态信息，即，利用固定的L1模糊度后的载波相位观测值与INS预测形成的卫地距观测值作差作为测量，修正INS的累计误差并对惯性器件误差进行在线补偿，北斗信号失锁后利用补偿后的惯性器件数据维持高精度机械编排解算，输出位置、速度和姿态信息。4.如权利要求1所述的一种惯性辅助北斗三号多频模糊度可靠固定的方法，其特征在于：所述采用无几何距离模型固定超宽巷模糊度的实现方式为，利用INS预测的位置与通过星历获得的卫星位置计算卫地距，该卫地距将取代伪距观测值用于计算超宽巷模糊度，通过取整法得到超宽巷模糊度；采用几何相关模型固定宽巷模糊度的实现方式为，利用INS预测的位置观测与上一步固定的超宽巷观测作为约束，联合宽巷观测值组建方程组解算浮点宽巷模糊度及其方差
‑
协方差矩阵，然后采用LAMBDA方法固定宽巷模糊度；采用几何相关模型固定L1模糊度的实现方式为，利用固定的宽巷观测值作为约束，联合L1观测值组建方程组解算L1浮点模糊度及其方差
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协方差矩阵，然后采用LAMBDA方法固定L1模糊度。5.如权利要求1所述的一种惯性辅助北斗三号多频模糊度可靠固定的方法，其特征在于：所述模糊度检核的实现方式为，在采用几何相关模型固定宽巷和L1模糊度的时候，利用数据驱动的指标ratio值和模型驱动的指标BootStrapping成功率来验证模糊度固定是否正确，同时检核固定模糊度的相位观测值最小二乘验后残差，进一步确定搜索的模糊度是否正确。
6.如权利要求1所述的一种惯性辅助北斗三号多频模糊度可靠固定的方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤1，对基准站和流动站接收机获取的北斗三号多频数据进行预处理，在此过程中利用惯导机械编排递推的位置信息进行辅助；所述预处理包括周跳探测、粗差剔除；步骤2，使用无几何距离模型解算超宽巷模糊度；利用INS预测的位置与通过星历获得的卫星位置计算卫地距，该卫地距将取代伪距观测值用于计算超宽巷模糊度，通过取整法得到超宽巷模糊度，北斗三号四频数据的超宽巷模糊度有两个，分别为N
B1C
‑
B1I
和N
B3I
‑
B2a
；步骤3，使用几何相关模型解算宽巷模糊度；利用INS预测的位置观测与上一步固定的超宽巷观测作为约束，联合宽巷观测值组建方程组解算浮点宽巷模糊度及其方差
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协方差矩阵，然后采用LAMBDA方法固定宽巷模糊度N
B1I
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B3I
；步骤4，使用几何相关模型解算L1模糊度；利用固定的宽巷观测值作为约束，联合L1观测值组建方程组解算L1浮点模糊度及其方差
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协方差矩阵，然后采用LAMBDA方法固L1模糊度；步骤5，模糊度确认与检核；对于采用几何相关模型固定的宽巷和L1模糊度，利用数据驱动的指标ratio值和模型驱动的指标BootStrapping成功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：李团，吕跃祖，高镇，秦同，郑德智，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：