一种基于因子图优化的GNSS定位解算方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种基于因子图优化的GNSS定位解算方法及装置，属于卫星导航技术领域，包括：获取GNSS的测量值并对测量值进行初步处理；根据最大后验概率估计理论，结合切换因子构建基于因子图的状态估计的鲁棒性模型；然后根据测量值确定待解算状态量，并建立接收机的运动模型；基于与测量值相应的测量原理和运动模型建立代价函数；最后结合鲁棒性模型和所述代价函数建立目标函数，根据目标函数，通过滑动窗口思想对待解算状态量进行解算，得到接收机的定位结果。本申请提供的GNSS定位解算方法及装置在收星不良情况下的卫星定位应用场景中有效的提升单点定位和载波相位差分定位的精度，可应用于城市、森林等收星不良的应用场景中。景中。景中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于因子图优化的GNSS定位解算方法及装置


[0001]本申请涉及一种基于因子图优化的GNSS定位解算方法及装置，属于卫星导航


技术介绍

[0002]随着北斗三号导航系统正式运营，我国的卫星导航定位技术进入新的发展时期。然而，GNSS在诸如城市、施工现场、农田、密林等城市峡谷环境下，伪距受多路径影响严重，载波相位容易产生周跳，导致经典的单点定位和载波相位差分定位的精度和连续性降低。另外，这些测量值的时间相关性更加明显，使用传统的滤波手段进行处理仅考虑前一状态的值忽略了其他历史状态值，使得定位结果更加不准确。在现有的GNSS定位领域中，对测量值进行融合解算的方法主要有以下几种：
[0003]方法1：基于卡尔曼滤波理论，将接收机的位置和钟差作为系统的状态量，建立起“位置—速度”的状态模型和测量方程进行状态估计，此种方法相比最小二乘的解算方法有了一定的提高，但是其线性化次数少并不能准确的描述真实的非线性模型，而且仅将上一时刻的信息加入到对当前历元的解算，对历史信息的利用率低且依赖初值设定，另外当某个历元中的测量残余的绝对值过大时，相邻的数个历元会出现严重误差以致系统需要进行重置。
[0004]方法2：基于载波相位平滑伪距理论，利用精确的、平滑的载波相位测量值来对粗糙但无模糊度的伪距进行不同程度的平滑，但是这种方法仅通过Hatch滤波对GNSS的测量值进行先行的处理校正，并未参与对待求位置的解算过程，另外其假定电离层延时保持固定不变的情况与实际不符，在平滑伪距初始值有一个较大偏差时平滑滤波器需要一段较长的时间才能逐步消除误差。
[0005]方法3：基于因子图理论，将测量值伪距和载波相位建模为因子节点，将接收机位置建模为变量节点并使用速度将相邻变量节点约束，使用常规因子图算法对GNSS的三种测量值进行批量的融合解算。虽然通过引入SLAM中通用的因子图优化手段，其将伪距、载波相位、多普勒3种观测量添加为因子节点，引入多普勒因子连接历元间变量节点进行约束，实现解算模型的因子图优化，一定程度上提升了单一GNSS接收机在城市峡谷中的定位效果。但是该方法将一段观测时间的所有历元进行批量的解算，其计算量较大处理时间较长导致实时性较差，实际应用价值低，而且没有对异常值进行处理以致算法的稳定性较差。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于提供一种基于因子图优化的GNSS定位解算方法及装置，在收星不良情况下的卫星定位应用场景中有效的提升单点定位和载波相位差分定位的精度。
[0007]为实现上述目的，本申请第一方面提供了一种基于因子图优化的GNSS定位解算方法，包括：
[0008]获取GNSS的测量值并对测量值进行初步处理，其中，上述测量值包括伪距测量值
和多普勒测量值；
[0009]根据最大后验概率估计理论，构建基于因子图的状态估计的鲁棒性模型，其中，在上述鲁棒性模型的构建过程中引入切换因子对上述测量值进行约束；
[0010]根据上述测量值确定待解算状态量，并建立接收机的运动模型；
[0011]基于与上述测量值相应的测量原理和上述运动模型建立代价函数；
[0012]结合上述鲁棒性模型和上述代价函数建立目标函数，根据上述目标函数，通过滑动窗口思想对上述待解算状态量进行解算，得到接收机的定位结果。
[0013]在一种实施方式中，上述待解算状态量包括：接收机位置和接收机钟差。
[0014]在一种实施方式中，上述基于与上述测量值相应的测量原理和上述运动模型建立代价函数包括：
[0015]根据伪距的测量原理建立伪距测量值的代价函数；
[0016]根据上述运动模型建立多普勒测量值的代价函数。
[0017]在一种实施方式中，上述结合上述鲁棒性模型和上述代价函数建立目标函数，根据上述目标函数，通过滑动窗口思想对上述待解算状态量进行解算，得到接收机的定位结果包括：
[0018]结合上述鲁棒性模型、上述伪距测量值的代价函数和上述多普勒测量值的代价函数得到第一目标函数；
[0019]根据上述第一目标函数，通过滑动窗口思想进行分段计算，并通过牛顿迭代法处理非线性方程，以得到上述待解算状态量，并根据上述待解算状态量得到接收机的定位结果。
[0020]在一种实施方式中，上述测量值还包括：载波相位测量值；
[0021]则上述待解算状态量包括：接收机位置和整周模糊度双差。
[0022]在一种实施方式中，上述基于与上述测量值相应的测量原理和上述运动模型建立代价函数包括：
[0023]根据伪距的测量原理得到伪距测量值的代价函数；
[0024]根据上述运动模型建立多普勒测量值的代价函数；
[0025]根据伪距双差的测量原理和载波相位双差的测量原理得到伪距双差的代价函数和载波相位双差的代价函数。
[0026]在一种实施方式中，上述结合上述鲁棒性模型和上述代价函数建立目标函数，根据上述目标函数，通过滑动窗口思想对上述待解算状态量进行解算，得到接收机的定位结果包括：
[0027]结合上述鲁棒性模型、上述伪距测量值的代价函数、上述多普勒测量值的代价函数、上述伪距双差的代价函数和上述载波相位双差的代价函数得到第二目标函数；
[0028]根据上述第二目标函数，通过滑动窗口思想进行分段计算，并通过牛顿迭代法处理非线性方程，以得到上述待解算状态量的浮点解，并根据上述待解算状态量的浮点解得到接收机的定位结果。
[0029]在一种实施方式中，上述根据上述待解算状态量的浮点解得到接收机的定位结果包括：
[0030]通过LAMBDA算法对上述待解算状态量的浮点解进行模糊度固定；
[0031]判断上述浮点解的模糊度是否已固定，若是，计算接收机与基准站之间的基线向量，从而得到接收机的定位结果；否则，将上述待解算状态量的浮点解作为接收机的定位结果。
[0032]本申请第二方面提供了一种基于因子图优化的GNSS定位解算装置，包括：存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述第一方面或者上述第一方面的任一实施方式中的步骤。
[0033]本申请第三方面提供了一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质存储有计算机程序，上述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面或者上述第一方面的任一实施方式中的步骤。
[0034]由上可见，本申请提供了一种基于因子图优化的GNSS定位解算方法及装置，为解决传统的最小二乘和滤波手段仅将当前历元或者相邻历元纳入优化的范围，容易导致在收星受限情况下定位误差大的问题，本申请使用基于因子图优化的算法对GNSS观测文件中的测量值如伪距测量值、多普勒测量值等进行融合解算，实现将全部的历史信息加入到当前历元的解算，充分挖掘历史信息的作用，还减少了测量值在实际应用中受环境因素造成的影响，并且对测量值在解算过程中的权重进行了估计，有效提高了定位的解算精度。此外，通过建立运动模型以求得速度值实现对接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于因子图优化的GNSS定位解算方法，其特征在于，包括：获取GNSS的测量值并对所述测量值进行初步处理，其中，所述测量值包括伪距测量值和多普勒测量值；根据最大后验概率估计理论，构建基于因子图的状态估计的鲁棒性模型，其中，在所述鲁棒性模型的构建过程中引入切换因子对所述测量值进行约束；根据所述测量值确定待解算状态量，并建立接收机的运动模型；基于与所述测量值相应的测量原理和所述运动模型建立代价函数；结合所述鲁棒性模型和所述代价函数建立目标函数，根据所述目标函数，通过滑动窗口思想对所述待解算状态量进行解算，得到接收机的定位结果。2.如权利要求1所述的GNSS定位解算方法，其特征在于，所述待解算状态量包括：接收机位置和接收机钟差。3.如权利要求2所述的GNSS定位解算方法，其特征在于，所述基于与所述测量值相应的测量原理和所述运动模型建立代价函数包括：根据伪距的测量原理建立伪距测量值的代价函数；根据所述运动模型建立多普勒测量值的代价函数。4.如权利要求3所述的GNSS定位解算方法，其特征在于，所述结合所述鲁棒性模型和所述代价函数建立目标函数，根据所述目标函数，通过滑动窗口思想对所述待解算状态量进行解算，得到接收机的定位结果包括：结合所述鲁棒性模型、所述伪距测量值的代价函数和所述多普勒测量值的代价函数得到第一目标函数；根据所述第一目标函数，通过滑动窗口思想进行分段计算，并通过牛顿迭代法处理非线性方程，以得到所述待解算状态量，并根据所述待解算状态量得到接收机的定位结果。5.如权利要求1所述的GNSS定位解算方法，其特征在于，所述测量值还包括：载波相位测量值；则所述待解算状态量包括：接收机位置和整周模糊度双差。6.如权利要求5所述的GNSS定位解算方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾春，许兆新，徐浪，李亮，杨福鑫，赵琳，程建华，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：