[發(fā)明專利]一種基于GNSS的含約束EKF相對(duì)定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711071693.3
• 申請(qǐng)日: 2017-11-03
• 公開（公告）號(hào): CN108051840B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏華波;李裕;張展宇;張小清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國航空無線電電子研究所
• 主分類號(hào): G01S19/51
• 分類號(hào): G01S19/51;G01S19/44
• 代理公司: 上海和躍知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31239
• 代理人: 楊慧

本發(fā)明公開了一種基于GNSS的含約束EKF相對(duì)定位方法，首先通過偽距測(cè)量和載波相位測(cè)量構(gòu)建傳統(tǒng)的測(cè)量模型，然后利用EKF進(jìn)行狀態(tài)更新和測(cè)量更新，獲得高精度的模糊度浮點(diǎn)解，采用部分模糊度固定算法固定部分模糊度，并用部分模糊度解算出高精度相對(duì)位置解，將部分固定的模糊度向量和解算出的高精度相對(duì)位置解作為約束，重新構(gòu)造EKF測(cè)量模型，進(jìn)行EKF二次狀態(tài)更新和測(cè)量更新，獲得更高精度的模糊度浮點(diǎn)解，再次采用部分模糊度固定算法進(jìn)行整周模糊度解算。本方法提高了模糊度浮點(diǎn)解的精度，加快整周模糊度快速固定，縮短了相對(duì)定位的初始化時(shí)間，增強(qiáng)了相對(duì)定位的實(shí)時(shí)性和可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，更具體的是涉及一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航的相對(duì)定位方法

背景技術(shù)

全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS，Global Navigation Satellite System)是一種利用人造地球衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航的綜合系統(tǒng)，能在全球范圍內(nèi)提供導(dǎo)航服務(wù)的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可為用戶提供全球、全天候、實(shí)時(shí)的三維導(dǎo)航服務(wù)。基于GNSS的相對(duì)定位是將兩套GNSS接收機(jī)和天線設(shè)備分別固定安裝在兩個(gè)載體上，同時(shí)接收GNSS測(cè)量信息，通過通信數(shù)據(jù)鏈將一個(gè)載體接收到的GNSS測(cè)量信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)載體接收機(jī)設(shè)備中，利用相對(duì)定位方法處理同時(shí)接收到的測(cè)量信息，即可獲得兩個(gè)載體之間相對(duì)位置信息。相比其他導(dǎo)航技術(shù)而言，GNSS相對(duì)定位技術(shù)具有低成本、高精度、無漂移、覆蓋范圍廣、高實(shí)時(shí)性等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，其應(yīng)用可為地面靜止和運(yùn)動(dòng)載體，也可為空間低速、高速運(yùn)動(dòng)的飛行器提供分米級(jí)到厘米級(jí)相對(duì)定位精度。

高精度相對(duì)定位技術(shù)是基于載波相位測(cè)量信息解算精確的相對(duì)位置。然而載波相位測(cè)量存在整周模糊度未知的問題，一周整周模糊度估計(jì)偏差就可引起0.2m左右的相對(duì)定位誤差，所以要實(shí)現(xiàn)高精度相對(duì)定位，必須正確求解整周模糊度，而模糊度浮點(diǎn)解精度是影響整周模糊度能否正確解算的關(guān)鍵因素之一。

模糊度浮點(diǎn)解精度主要取決于相對(duì)定位最優(yōu)估計(jì)算法和測(cè)量模型。目前，常用的相對(duì)定位最優(yōu)估計(jì)算法是最小二乘法和擴(kuò)展卡爾曼濾波(Extend Kalman Filter，EKF)，EKF濾波能夠有效利用動(dòng)力學(xué)模型信息提高參數(shù)估計(jì)精度，因而得到更廣泛的應(yīng)用。然而，目前常用的相對(duì)定位方法尚存在如下不足：

(1)常用的方法采用LAMBDA法全部模糊固定的方法，由于不同觀測(cè)衛(wèi)星的測(cè)量誤差不同，新的衛(wèi)星不斷接收到，這些衛(wèi)星的高度角比較低、噪聲比較大，衛(wèi)星整周模糊度之間存在相關(guān)性，需經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間的初始化才能固定所有整周模糊度；新的衛(wèi)星加入會(huì)破壞原有模糊度浮點(diǎn)解方差協(xié)方差陣的信息，導(dǎo)致采用LAMBDA法固定所有模糊度解低下。

(2)常用的相對(duì)定位方法僅采用EKF一次迭代方法，沒有對(duì)已部分固定整周模糊度和解算出的精密相對(duì)位置解充分利用，這些信息重新構(gòu)造含約束測(cè)量模型，強(qiáng)化當(dāng)前歷元時(shí)刻的測(cè)量模型，以獲得高精度的模糊度浮點(diǎn)解，進(jìn)而提高所有模糊度固定的成功率和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的在于提出一種基于GNSS的含約束EKF相對(duì)定位方法，該方法采用含約束的EKF濾波和部分模糊度固定算法進(jìn)行模糊度解算和相對(duì)位置解算；首先通過偽距測(cè)量和載波相位測(cè)量構(gòu)建傳統(tǒng)的測(cè)量模型，然后利用EKF進(jìn)行狀態(tài)更新和測(cè)量更新，獲得高精度的模糊度浮點(diǎn)解，采用部分模糊度固定算法固定部分模糊度，并用部分模糊度解算出高精度相對(duì)位置解，將部分固定的模糊度向量和解算出的高精度相對(duì)位置解作為約束，重新構(gòu)造EKF測(cè)量模型，進(jìn)行EKF二次狀態(tài)更新和測(cè)量更新，獲得更高精度的模糊度浮點(diǎn)解，再次采用部分模糊度固定算法進(jìn)行整周模糊度解算；本方法在傳統(tǒng)的EKF相對(duì)定位方法解算的基礎(chǔ)上，構(gòu)建含約束的EKF濾波，并采用部分模糊度固定算法，更好地強(qiáng)化了測(cè)量模型，提高了模糊度浮點(diǎn)解的精度，加快整周模糊度快速固定，縮短了相對(duì)定位的初始化時(shí)間，增強(qiáng)了相對(duì)定位的實(shí)時(shí)性和可靠性。

本發(fā)明的發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種基于GNSS的含約束EKF相對(duì)定位方法，包含以下步驟：