一种城市复杂场景下的PPP和INS紧组合方法与系统技术方案

本发明专利技术涉及一种城市复杂场景下的PPP和INS紧组合方法与系统，方法包括：基于高精度斜向电离层延迟信息构建斜向电离层模型，所述斜向电离层模型用于根据用户需求提供对应的用户自身电离层延迟信息；基于GNSS载波相位观测值构建GNSS观测量模型，所述GNSS观测模型用于提供抗多路径观测值；基于扩展卡尔曼滤波器将惯性导航系统测量值、所述抗多路径观测值以及所述用户自身电离层延迟信息进行融合以实现所述PPP和INS的紧组合。可附加高精度电离层约束且无视GNSS信号多路径干扰，在复杂城市场景中实现高精度连续稳定的导航和定位。中实现高精度连续稳定的导航和定位。中实现高精度连续稳定的导航和定位。

【技术实现步骤摘要】
一种城市复杂场景下的PPP和INS紧组合方法与系统


[0001]本专利技术涉及卫星导航定位
，特别涉及一种城市复杂场景下的PPP和INS紧组合方法与系统。

技术介绍

[0002]随着新兴技术如自动驾驶汽车和移动机器人的发展，城市场景的高精度定位需求越来越大。而精密单点定位技术（PPP）和惯性导航系统（INS）的组合由于其低成本、高精度和无需架设基站的特性，已经成为城市导航和定位技术的主要选择。但由于GNSS信号容易受到环境的干扰，导致其在复杂城市环境中的应用依然存在较大挑战。
[0003]首先，相关技术在应用于复杂城市环境时，建筑物会对GNSS卫星信号产生多路径反射进而引发非视距误差，由于该误差无法通过差分或参数估计的方法消除，极大的制约了PPP/INS（PPP与INS的组合技术）的定位精度和收敛速度。
[0004]此外，在复杂城市环境中相关技术中采用PPP时通常会频繁的模糊度重新初始化，这导致PPP/INS需要较长的收敛时间才能达到cm级精度，严重时甚至无法完成收敛。而目前已经存在的电离层格网产品大多基于电离层薄层假设和投影函数，通常改正精度较低，无法有效提升PPP的收敛时间。一种可附加高精度电离层约束并且无视GNSS信号多路径干扰的PPP/INS系统，就有望在复杂城市场景中实现高精度连续稳定的导航和定位。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供一种城市复杂场景下的PPP和INS紧组合方法与系统，可附加高精度电离层约束且无视GNSS信号多路径干扰，在复杂城市场景中实现高精度连续稳定的导航和定位。
[0006]一方面，本专利技术实施例提供了一种城市复杂场景下的PPP和INS紧组合方法，其特征在于，其包括步骤：基于高精度斜向电离层延迟信息构建斜向电离层模型，所述斜向电离层模型用于根据用户需求提供对应的用户自身电离层延迟信息；基于GNSS载波相位观测值构建GNSS观测量模型，所述GNSS观测模型用于提供抗多路径观测值；基于扩展卡尔曼滤波器将惯性导航系统测量值、所述抗多路径观测值以及所述用户自身电离层延迟信息进行融合以实现所述PPP和INS的紧组合。
[0007]一些实施例中，所述基于高精度斜向电离层延迟信息构建斜向电离层模型，包括步骤：提取高精度斜向电离层延迟信息；采用高度角和方位角的二阶多项式表征各基准站电离层的变化并求解二阶多项式系数获取最终的斜向电离层模型。
[0008]一些实施例中，所述提取高精度斜向电离层延迟信息，包括步骤：
基于第一公式提取所述高精度斜向电离层延迟信息，所述第一公式包括：
[0009]其中，为测站到卫星间的高精度的斜向电离层延迟，为第一频点上的纯净斜向电离层延迟，分别为接收机端和卫星端第一频点和第二频点间的伪距硬件延迟，分别为接收机端和卫星端的宽项FCB产品误差, 分别为第一频点和第二频点的频率，为第一频点的波长。
[0010]一些实施例中，所述采用高度角和方位角的二阶多项式表征各基准站电离层的变化并求解二阶多项式系数获取最终的斜向电离层模型，包括步骤：基于第二公式获取最终的斜向电离层模型，所述第二公式包括：
[0011]其中，是t时刻基准站r到卫星j的模型化斜向电离层延迟，是t时刻基准站r到卫星j间的高度角，是t时刻基准站r到卫星j间的方位角，是待估参数。
[0012]一些实施例中，基于GNSS载波相位观测值构建GNSS观测量模型，所述GNSS观测模型用于提供抗多路径观测值，包括步骤：利用GNSS载波相位观测值和伪距观测值计算超宽项和宽项的浮点模糊度；结合卫星端FCB产品采用就近取整算法计算所述超宽项和宽项的整周模糊度获取不受噪声影响的超宽项和宽项的模糊度；基于GNSS载波相位观测值以及所述不受噪声影响的超宽项和宽项的模糊度生成抗多路径观测值。
[0013]一些实施例中，所述利用GNSS载波相位观测值和伪距观测值计算超宽项和宽项的浮点模糊度，包括步骤：基于第三公式计算所述超宽项和宽项的浮点模糊度，所述第三公式包括：
[0014]其中，是超宽项的浮点模糊度，是宽项的浮点模糊度，分
别对应为卫星端的超宽项、宽项的小数周偏差，分别对应为接收机端的超宽项、宽项的小数周偏差，分别对应为超宽项、宽项的整周模糊度，分别对应为超宽项、宽项的浮点模糊度的未模型化误差，分别对应为第一频点、第二频点和第三频点的波长，分别对应为第一频点、第二频点和第三频点的频率，分别对应为测站r和卫星j间在第一频点、第二频点上的GNSS伪距观测值，分别对应为测站r和卫星j间在第一频点、第二频点和第三频点上的GNSS载波相位观测值。
[0015]一些实施例中，结合卫星端FCB产品采用就近取整算法计算所述超宽项和宽项的整周模糊度并获取不受噪声影响的超宽项和宽项的模糊度，包括步骤：基于第四公式获取不受噪声影响的超宽项和宽项的模糊度，所述第四公式包括：
[0016]其中，是卫星j和卫星k间的单差整周模糊度，是就近取整函数，是卫星j和卫星k间的单差浮点模糊度，是星间单差为不受影响的超宽项和宽项的模糊度。
[0017]一些实施例中，所述基于GNSS载波相位观测值以及所述不受噪声影响的超宽项和宽项的模糊度生成抗多路径观测值，包括步骤：基于第五公式生成所述抗多路径观测值，所述第五公式包括：
[0018][0019]其中，是所述抗多路径观测值，分别为测站到卫星j和卫星k的几
何距离，分别为在第1频点、第2频点、第3频点挑选卫星j和卫星k的载波相位观测值做差，分别为卫星j和卫星k的钟差，分别为测站卫星j和卫星k的斜向对流层延迟，为抗多路径观测值的噪声。
[0020]一些实施例中，所述基于扩展卡尔曼滤波器将惯性导航系统测量值、所述抗多路径观测值以及所述用户自身电离层延迟信息进行融合以实现所述PPP和INS的紧组合，包括步骤：基于第六公式构建状态模型，所述第六公式包括：
[0021]其中，表示矢量的反对称矩阵，上下标e、和b分别代表ECEF、惯性系ECI和载体系，是e系下的失准角、速度和位置误差矢量，表示b系相对于e系的姿态误差，是b系到e系的旋转矩阵，是b系下的比力，是e系下的地球自转角速率，分别是陀螺、加计的零偏，分别是相关时间、驱动噪声参数，分别表示角速度、加速度的过程噪声，为对流层的天顶湿延迟，为星间单差电离层延迟，分别表示的过程噪声，为星间单差模糊度；基于第七公式构建量测模型，所述第九公式包括：
[0022][0023]其中，是INS预测的抗多路径GNSS观测值；是GNSS天线和卫星间的方向余弦矢量，分别是卫星j和卫星k的对流层湿延迟映射函数，为对流层斜延迟，是用户根据所述斜向电离层模型计算的斜向电离层延迟，是对应的量测噪声。
[0024]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种城市复杂场景下的PPP和INS紧组合系统，其特征在于，其包括：斜向电离层模型构建模块，其用于根据高精度斜向电离层延迟信息构建斜向电离层模型，所述斜向电离层模型用于根据用户需求提供对应的用户自身电离层延迟信息；GNSS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市复杂场景下的PPP和INS紧组合方法，其特征在于，其包括步骤：基于高精度斜向电离层延迟信息构建斜向电离层模型，所述斜向电离层模型用于根据用户需求提供对应的用户自身电离层延迟信息；基于GNSS载波相位观测值构建GNSS观测量模型，所述GNSS观测模型用于提供抗多路径观测值；基于扩展卡尔曼滤波器将惯性导航系统测量值、所述抗多路径观测值以及所述用户自身电离层延迟信息进行融合以实现所述PPP和INS的紧组合。2.如权利要求1所述的一种城市复杂场景下的PPP和INS紧组合方法，其特征在于，所述基于高精度斜向电离层延迟信息构建斜向电离层模型，包括步骤：提取高精度斜向电离层延迟信息；采用高度角和方位角的二阶多项式表征各基准站电离层的变化并求解二阶多项式系数获取最终的斜向电离层模型。3.如权利要求2所述的一种城市复杂场景下的PPP和INS紧组合方法，其特征在于，所述提取高精度斜向电离层延迟信息，包括步骤：基于第一公式提取所述高精度斜向电离层延迟信息，所述第一公式包括：其中，为测站到卫星间的高精度的斜向电离层延迟，为第一频点上的纯净斜向电离层延迟，分别为接收机端和卫星端第一频点和第二频点间的伪距硬件延迟，分别为接收机端和卫星端的宽项FCB产品误差, 分别为第一频点和第二频点的频率，为第一频点的波长。4.如权利要求3所述的一种城市复杂场景下的PPP和INS紧组合方法，其特征在于，所述采用高度角和方位角的二阶多项式表征各基准站电离层的变化并求解二阶多项式系数获取最终的斜向电离层模型，包括步骤：基于第二公式获取最终的斜向电离层模型，所述第二公式包括：其中，是t时刻基准站r到卫星j的模型化斜向电离层延迟，是t时刻基准站r到卫星j间的高度角，是t时刻基准站r到卫星j间的方位角，是待估参数。5.如权利要求1所述的一种城市复杂场景下的PPP和INS紧组合方法，其特征在于，基于GNSS载波相位观测值构建GNSS观测量模型，所述GNSS观测模型用于提供抗多路径观测值，包括步骤：利用GNSS载波相位观测值和伪距观测值计算超宽项和宽项的浮点模糊度；结合卫星端FCB产品采用就近取整算法计算所述超宽项和宽项的整周模糊度获取不受
噪声影响的超宽项和宽项的模糊度；基于GNSS载波相位观测值以及所述不受噪声影响的超宽项和宽项的模糊度生成抗多路径观测值。6.如权利要求5所述的一种城市复杂场景下的PPP和INS紧组合方法，其特征在于，所述利用GNSS载波相位观测值和伪距观测值计算超宽项和宽项的浮点模糊度，包括步骤：基于第三公式计算所述超宽项和宽项的浮点模糊度，所述第三公式包括：其中，是超宽项的浮点模糊度，是宽项的浮点模糊度，分别对应为卫星端的超宽项、宽项的小数周偏差，分别对应为接收机端的超宽项、宽项的小数周偏差，分别对应为超宽项、宽项的整周模糊度，分别对应为超宽项、宽项的浮点模糊度的未模型化误差，分别对应为第一频点、第二频点和第三频点的波长，分别对应为第一频点、第二频点和第三频点的频...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱行，姚宜斌，许超钤，张琦，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：