多遮挡环境下GNSS/INS紧组合算法及性能分析

作     者：王云鹏 

作者单位：山东科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：石波

授予年度：2018年

学科分类：081802[工学-地球探测与信息技术] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：车载移动测量 多遮挡 GPS/BDS/GLONASS 差分相对定位 INS辅助 GNSS/INS紧组合 RTS平滑 

摘      要：车载移动测量技术已经成为测绘学科的前沿技术之一,核心是定位定姿技术。全球定位系统(GNSS)和惯性导航系统(INS)的组合,能够提供精度更优的导航信息,成为解决车载移动测量系统中定位定姿问题的最佳方案之一。针对GNSS信号多遮挡的观测环境,论文围绕GPS/BDS/GLONASS多系统融合的差分相对定位和INS紧(密)组合导航系统展开研究,主要研究工作如下:(1)将GPS、BDS和GLONASS的观测信息进行融合,研究了动态载波相位差分相对定位的相关技术。使用实测数据验证,结果表明当截止高度角小于35°时,单历元模糊度的固定率为97%左右,固定错误率在0.12%以内;以高精度差分紧组合后处理软件Inertial Explorer 8.60为参考,水平方向精度优于0.02 m,高程方向精度优于0.05 m。(2)严密推导了 INS微分方程、误差方程,GNSS/INS紧组合的动力学模型和观测模型的方程,引入分散式滤波器的思想,将模糊度单独进行固定,从而构造了最简的扩展卡尔曼滤波(EKF)器,并研究了 RTS平滑算法。利用多组实测数据对前述算法进行验证,紧组合EKF前向滤波的位置精度为0.02 m左右,速度精度为0.01 m/s左右,横滚角和俯仰角精度为0.007°左右,航向角精度为0.07°左右;与松组合相比,紧组合的位置、速度、姿态精度均得到提高;紧组合经过RTS平滑后,位置精度改善在9%～55%,横滚角和俯仰角的精度改善在10%～30%,航向角的精度改善在20%～60%。(3)研究了 INS辅助的周跳探测/修复和INS辅助的模糊度固定方法,根据导航阶段的不同,采用了多种模糊度固定策略。利用INS信息替代Melbourne-Wubbena组合观测值中的伪距,消除了伪距噪声和多路径效应,从而构造了 INS辅助的周跳探测决策量。实验分别模拟了小周跳、大周跳和密集周跳,均能探测出并成功修复;在模拟的GNSS信号中断150 s以内,相应的INS推算的位置误差在3.5 m以内,周跳探测/修复算法依然有效。