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基于广播星历轨道区域钟差估计的非差实时精密定位分析

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大地测量与地球动力学 2014年第3期34卷 116-120,124页

作者：高鹏飞楼益栋王仲想尹倩倩天津市测绘院天津300381 武汉大学卫星导航定位中心武汉430079 天津市勘察院天津300191 中海油研究总院北京100027

提出一种通过固定广播星历轨道估计精密卫星钟差,实现在一定区域范围内高精度单点定位的方法。基于PANDA软件分析了钟差估计中不同基准站的分布策略,给出我国范围内一组优化的基准站分布策略。实验表明,在此策略下,使用广播星历轨道通... 详细信息

提出一种通过固定广播星历轨道估计精密卫星钟差,实现在一定区域范围内高精度单点定位的方法。基于PANDA软件分析了钟差估计中不同基准站的分布策略,给出我国范围内一组优化的基准站分布策略。实验表明,在此策略下,使用广播星历轨道通过钟差估计能达到静态1 cm、动态6 cm的定位精度。

关键词：卫星钟差轨道误差实时精密定位广播星历钟差估计

智能手机GNSS实时精密定位方法与精度影响因素分析

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智能手机GNSS实时精密定位方法与精度影响因素分析

作者：傅鑫榕武汉大学

学位级别：硕士

使用智能手机实现连续可靠的高精度实时导航与定位,为用户提供良好的导航和服务体验,近年来引起了研究人员的关注。2016年,Google公司宣布在Android Nougat 7.0及以上版本操作系统的智能终端输出原始全球卫星导航系统(Global Navigation... 详细信息

使用智能手机实现连续可靠的高精度实时导航与定位,为用户提供良好的导航和服务体验,近年来引起了研究人员的关注。2016年,Google公司宣布在Android Nougat 7.0及以上版本操作系统的智能终端输出原始全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)测量数据,同时随着IGS-RTPP(IGS Real-Time Pilot Project)项目的发展,多个国际GNSS服务(International GNSS Service,IGS)分析中心开始以状态空间表示(State Space Representation,SSR)形式为用户提供高精度的实时轨道产品和钟差产品,使智能手机高精度定位算法研究成为可能。目前IGS机构所提供的RTS(Real Time Service)产品存在种类不全、部分卫星系统和部分卫星的改正数缺失等问题,另外用户在导航过程中可能存在网络拥堵或中断引起的数据延迟或丢失,为连续高精度导航带来挑战。针对上述问题,本文提出一种顾及RTS产品缺失或不完整情况的智能手机实时精密定位方法,并从观测值随机模型精化和先验电离层噪声设置优化等方面进行改进,提高智能手机实时定位的连续性和精度。主要工作内容如下:(1)针对RTS产品存在不完整或部分卫星缺失的问题,考虑到城市环境下智能手机观测数据中存在较大比例的粗差数据,为尽可能利用所有可用的观测数据,提出了一种混合使用RTS产品和广播星历的智能手机实时精密定位方法。以历元间相位差分方法构建状态方程,基于非差非组合模型建立观测方程,并结合先验电离层模型约束,设计了智能手机实时精密定位的卡尔曼滤波器,并使用静态和动态试验进行验证。(2)针对部分卫星RTS轨道钟差产品缺失的问题,通过对比分析不同系统的广播星历和实时轨道钟差产品的精度,提出了观测值随机模型的精化策略。根据参与定位解算的卫星使用的星历产品,合理设置观测值的噪声,提高智能手机导航的连续性和定位性能。静态试验结果表明,使用精化策略后,智能手机定位结果的收敛速度有效加快,E/N/U方向精度得到了17%～54%的提升。(3)针对部分RTS产品中电离层产品缺失的问题,通过分析Klobuchar模型和实时球谐模型的改正精度,提出了电离层约束的随机模型优化策略。根据使用的电离层模型的精度,设置合适的先验电离层噪声,提高智能手机导航的收敛速度和定位性能。试验表明,当使用实时球谐模型时,先验电离层噪声设置为0.5m;当使用Klobuchar模型时,设置为1.5m,与无约束方法相比,智能手机的定位精度和收敛速度方面改进效果明显。(4)为验证混合使用RTS产品和广播星历的智能手机实时精密定位方法的定位性能,用小米Mi 8和华为Mate 40 Pro智能手机开展静态和城市郊区的动态试验。结果表明,采用混合使用方案,Mi 8静态定位精度达到0.6m,动态定位精度达到1.6m,Mate 40 Pro定位精度稍差,该定位精度与仅使用RTS产品的定位精度相当;如果没有RTS产品时,仅使用广播星历和Klobuchar模型参与定位解算,Mi 8动态定位精度为1.8m,Mate 40 Pro动态定位精度为5.5m,略低于混合使用方案。主要是由于智能手机的伪距观测值噪声较大,达到1～5m,高于大多数RTS产品改正数的量级,充分利用所有可用的观测数据,有助于提高智能手机的定位性能。

关键词：实时精密定位 RTS 智能手机电离层约束

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基于轮式机器人的多源实时精密定位技术

基于轮式机器人的多源实时精密定位技术

作者：唐海亮武汉大学

学位级别：硕士

随着人工智能、无人驾驶产业的迅猛发展,轮式机器人被广泛应用于消费服务、快递物流、治安巡逻、特种作战等领域,其对连续、实时、精准的低成本定位技术的需求也越来越迫切。综合复杂场景下,GNSS/INS组合导航能够提供可靠、连续、完备... 详细信息

随着人工智能、无人驾驶产业的迅猛发展,轮式机器人被广泛应用于消费服务、快递物流、治安巡逻、特种作战等领域,其对连续、实时、精准的低成本定位技术的需求也越来越迫切。综合复杂场景下,GNSS/INS组合导航能够提供可靠、连续、完备的高精度导航信息,是应用最广泛的定位技术之一。然而,低成本MEMS IMU噪声较大,精度较低,在GNSS失效期间组合定位误差将迅速累积,系统可用性较差。使用里程计辅助和非完整性约束等轮式机器人载体信息对GNSS/INS组合导航系统进行辅助,能够显著降低INS误差的发散速度。但是,GNSS长时间失效时,GNSS/INS/机器人信息组合定位系统仍然无法保障精度。基于低成本相机的视觉绝对定位,依靠稀疏的视觉路标来提供精准的绝对辅助信息,从而形成GNSS/INS/机器人信息/视觉路标多源融合定位系统,能够实现GNSS复杂场景下连续的高精度定位。针对轮式机器人对连续、实时、精准的低成本定位技术的迫切需求,本文开展了基于GNSS、INS、里程计、视觉等导航手段的多源组合定位技术研究,建立了多源融合定位算法模型,并研制了轮式机器人多源实时精密定位系统,最后通过实测实验进行了验证。本文的主要研究内容和贡献如下:1.为了增强GNSS/INS组合定位系统的稳健性,提高在GNSS复杂环境下的高精度定位性能,设计并实现了轮式机器人载体信息辅助的GNSS/INS实时组合定位方案,即轮式机器人实时组合定位方案。首先,在GNSS/INS组合导航的经典状态模型和量测模型基础上,建立GNSS双天线航向辅助、轮式里程计辅助、非完整性约束和零速修正的量测模型;然后,面向实时性需求,设计了GNSS和IMU高精度时间同步技术,并采用了GNSS延时更新算法;最后,对研制的组合定位模块进行实测数据验证和分析。实测结果表明,GNSS/INS/机器人信息组合定位系统,能够实现优于0.5°的初始航向对准;开阔天空场景下定位精度为厘米级,航向精度优于0.12°;GNSS失效30s时,组合系统能够维持优于0.3m的水平定位精度。2.为了进一步提高GNSS/INS/机器人信息组合定位系统在综合复杂场景高精度定位的连续性,设计并实现了基于视觉路标辅助的机器人组合定位方案。首先,建立相机和IMU的时空同步框架,实现相机和IMU时间和空间上的同步。接着,针对视觉和惯导组合的层次,分别建立视觉/惯导松组合、紧组合卡尔曼滤波量测模型。然后,设计人工视觉路标,实现视觉路标的特征点提取和匹配算法。最后,基于轮式机器人平台采集实测数据,对视觉融合算法的量测效果进行了定量的评估分析。实测结果表明,无论是视觉/惯导松组合还是紧组合算法,都能够显著改善GNSS中断期间的组合定位系统性能,但是视觉/惯导紧组合算法精度更高、效果更优。在GNSS中断20s时间段内,连续约5s的视觉路标辅助,采用视觉/惯导紧组合算法,GNSS/INS/机器人信息/视觉路标组合定位系统能够维持优于0.18m的水平定位精度。3.基于上述机器人组合定位理论与方法,研制了轮式机器人多源实时精密定位系统。首先,基于轮式机器人载体信息辅助的GNSS/INS实时组合定位技术,研制了实时组合定位模块INS-Probe。然后,以INS-Probe为核心,基于轮式机器人平台,采用基于视觉路标的视觉/惯导紧组合技术,建立GNSS/INS/机器人信息/视觉路标组合定位系统。最后在综合复杂场景下,评估了组合定位模块和多源融合定位系统的实时性能。实测结果表明,多源融合定位系统软硬件结构完整,实时多源融合定位软件运行稳定,能够为轮式机器人提供连续、实时、精准定位。综上所述,针对轮式机器人定位导航需求,本文对GNSS/INS/机器人信息/视觉路标组合定位技术进行了深入研究,建立了完整的滤波融合模型;研制了GNSS/INS/机器人信息实时组合定位模块,并以此研制了轮式机器人多源实时精密定位系统;通过实测数据对算法模型和硬件系统进行了全面验证和分析。本文的研究将为综合复杂环境下,轮式机器人的连续、实时、精准定位提供可靠的参考方案。

关键词： GNSS/INS组合导航视觉定位机器人导航多源组合定位实时精密定位

北斗广域差分信息与CNES实时改正信息的性能评估对比

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中国惯性技术学报 2019年第2期27卷 160-166页

作者：王兵浩李兆南周建华张益泽师一帅王阿昊信息工程大学地理空间信息学院郑州450001 北京卫星导航中心北京100094 中国科学院上海天文台上海200030 同济大学测绘与地理信息学院上海200092

北斗系统和法国宇航中心(CNES)均提供了支持北斗系统实时高精度定位的改正参数。针对服务区内用户对不同来源参数的选择问题,对比分析了CNES提供的CLK93实时数据流中的改正信息和北斗广域差分(BDSWADS)参数的可用性,并采用服务区内监测... 详细信息

北斗系统和法国宇航中心(CNES)均提供了支持北斗系统实时高精度定位的改正参数。针对服务区内用户对不同来源参数的选择问题,对比分析了CNES提供的CLK93实时数据流中的改正信息和北斗广域差分(BDSWADS)参数的可用性,并采用服务区内监测站数据进行定位解算,对两套改正参数的改正效果进行评估。北斗广域差分信息中的轨道和钟差改正数在连续性和可用性方面优于CNES实时数据流,但CLK93数据流中IGSO/MEO卫星改正数据更加完整。定位结果显示,对于B1B2伪距消电离层组合单点定位,用户可优先选择北斗广域差分参数。加入BDSWADS参数后,服务区内用户定位精度在水平和高程方向分别得到17.1%和17.2%的提升。在无可用分区综合改正数情况下,用户可选择CNES改正信息,获得北斗单系统静态厘米级,动态分米级定位结果。对于分区综合改正数服务覆盖范围内的用户,利用BDSWADS分区综合改正数可实现比CNES改正信息略高的精密定位精度。

关键词：北斗系统广域差分 CNES实时改正实时精密定位分区综合改正数

区域参考站网支撑的PPP和RTK一体化服务及其性能

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测绘学报 2022年第9期51卷 1870-1880页

作者：舒宝刘晖王利张勤黄观文长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079 地理信息工程国家重点试验室陕西西安710054 西部矿产资源与地质工程教育部重点试验室陕西西安710054

GNSS区域参考站网可为大范围PPP和RTK终端用户提供快速精密定位服务,然而不同技术体制下的误差影响因素及服务模式不同,服务端数据处理方法及终端定位性能也会有所差异。本文在实现参考站非差模糊度固定的基础上,给出了基于区域参考站网... 详细信息

GNSS区域参考站网可为大范围PPP和RTK终端用户提供快速精密定位服务,然而不同技术体制下的误差影响因素及服务模式不同,服务端数据处理方法及终端定位性能也会有所差异。本文在实现参考站非差模糊度固定的基础上,给出了基于区域参考站网的PPP及RTK一体化服务方法,并对两种技术体制的终端定位效果进行了全面评估。采用西北某省站间距约100 km的CORS站网数据进行试验分析,结果表明,采用区域参考站网解算的整数钟/UPD产品进行PPP固定解动态定位时精度较高,水平方向RMS可达0.5 cm,区域大气改正数可以显著提升定位终端的初始化速度,对于PPP和RTK,60.0%和87.7%的时段单历元即可得到固定解。需要注意的是,基于VRS模式的RTK定位等价于大气强约束,在大气建模精度较差时定位精度会显著下降,而采用虚拟大气约束的PPP-RTK定位精度几乎不受影响。

关键词： GNSS 实时精密定位区域参考站网 PPP-RTK 网络RTK

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实时精密单点定位中周跳探测的方法研究

测绘 2012年第3期35卷 114-116,134页

作者：梁寅中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055

实时GPS技术在诸如导航、短期天气预报、精密定位定轨等领域有着重要的现实意义,是当前GNSS领域研究的热点之一。其中,实时GPS数据预处理的质量至关重要,能否进行有效的周跳探测与修复是直接关系到GPS数据预处理质量的重要因素。本文介... 详细信息

实时GPS技术在诸如导航、短期天气预报、精密定位定轨等领域有着重要的现实意义,是当前GNSS领域研究的热点之一。其中,实时GPS数据预处理的质量至关重要,能否进行有效的周跳探测与修复是直接关系到GPS数据预处理质量的重要因素。本文介绍了非差模式下联合使用多种周跳探测方法(Geometry-free组合、WM组合、载波相位模糊度残差)进行周跳的实时探测方法,并使用事后数据模拟实时对GPS测量数据进行了大量的验算。结果表明,此方法可以有效地探测和修复周跳,并一定程度上改善实时精密定位的精度。

关键词：实时精密定位数据预处理周跳探测

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北斗广域差分分区综合改正数评估

大地测量与地球动力学 2019年第5期39卷 511-515页

作者：王兵浩李兆南信息工程大学地理空间信息学院郑州市科学大道62号450001 北京卫星导航中心北京市100094

介绍北斗广域差分服务新增的分区综合改正数的原理及使用方法,并采用共天线方式进行连续7 d的实际测试。结果显示,未升级过的单频终端伪距定位精度水平方向为2 m,高程方向为3 m,单频分区定位精度水平方向为0.55 m,高程方向为0.80 m;B1B... 详细信息

介绍北斗广域差分服务新增的分区综合改正数的原理及使用方法,并采用共天线方式进行连续7 d的实际测试。结果显示,未升级过的单频终端伪距定位精度水平方向为2 m,高程方向为3 m,单频分区定位精度水平方向为0.55 m,高程方向为0.80 m;B1B2双频动态分区定位精度水平方向为0.30 m,高程方向为0.55 m。对观测数据进行事后解算,结果显示,在改正信息连续、稳定的情况下,双频动态定位精度水平方向为0.35 m,高程方向为0.50 m;静态模式定位精度水平方向为0.12 m,高程方向为0.22 m。不同分区改正信息取得的静态定位收敛结果之间存在微弱差异,但对定位结果的RMS影响不大。

关键词：广域差分分区改正数实时精密定位

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双参考站单频相位实时精密监测技术

导航定位学报 2015年第3期3卷 63-68页

作者：阳仁贵柳培钊刘根友中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学北京100049

针对大型构筑物在各种荷载下的动态响应实时精密监测问题,提出了一种基于全球导航卫星系统双参考站单频载波相位实时精密定位的技术,即采用双参考站与单频观测的监测点组成双基线实时精密监测位置变化。该技术能克服单参考站精密定位技... 详细信息

针对大型构筑物在各种荷载下的动态响应实时精密监测问题,提出了一种基于全球导航卫星系统双参考站单频载波相位实时精密定位的技术,即采用双参考站与单频观测的监测点组成双基线实时精密监测位置变化。该技术能克服单参考站精密定位技术的一些不足,确保了监测结果的可靠性、实时性和精度。在桥梁施工测量和形变监测中的一些初步试验显示:无需初始化即能可靠固定单历元单频相位模糊度,定位精度获得了提高,实现单历元平面位置定位精度mm级水平。

关键词：双参考站形变监测单频相位实时精密定位