[發明專利]一種面向城市環境的多頻BDS-2/BDS-3/INS車載組合定位方法

在審

• 申請號: 202111257863.3
• 申請日: 2021-10-27
• 公開（公告）號: CN113970772A
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 潘樹國;馬春;葉飛;高旺;劉力瑋;王浩
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42;G01S19/39;G01S19/44;G01S19/47
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 周蔚然

本發明公開了一種面向城市環境的多頻BDS?2/BDS?3/INS車載組合定位方法，該發明利用BDS多頻觀測值信息（BDS?2三頻和BDS?3四頻）進行車載組合定位。面向BDS多頻模糊度固定，根據城市觀測環境的復雜程度，使用不同的模糊度固定策略：首先基于GF模型單歷元取整固定到多頻寬巷模糊度，如果觀測環境較為復雜，則直接使用已經固定的寬巷模糊度參與定位解算，如果觀測環境良好，允許對信號連續觀測，則在已經固定的寬巷模糊度基礎上再結合GB模型繼續固定到窄巷模糊度后參與定位解算。最后根據不同的模糊度固定策略結果，構建相應的組合定位量測模型，既可以快速固定模糊度，又能根據觀測條件達到最佳解算精度，進一步提高組合定位的穩定性和實時性。

技術領域

本發明屬于北斗(BDS)導航定位技術領域，具體涉及一種面向城市車載動態環境的多頻BDS/INS組合定位技術。

背景技術

隨著自動駕駛技術的發展，城市復雜環境中的車載定位成為近年來研究的熱點。由于存在復雜的信號遮擋，僅依靠全球導航衛星系統(GNSS)很難在諸如城市峽谷等復雜環境中獲得穩定的高精度定位結果。慣性導航(INS)作為無源自主的導航定位系統，能夠有效彌補衛星導航信號易受遮擋或干擾、導航數據更新率低以及缺乏姿態信息等方面的不足。因此，GNSS/INS組合定位可以克服各自的缺點，有效地提高組合系統的穩定性和連續性。

傳統的GNSS/INS緊組合定位使用雙頻載波觀測值和偽距觀測值構建量測模型，在面對城市環境中衛星信號的復雜遮擋時，仍存在適應性不足，無法兼得定位精度和連續性的問題，從而影響組合定位的穩定性。此外，采用LAMBDA算法固定模糊度，必須基于浮點模糊度解及其協方差矩陣進行搜索，以獲得正確的整數解，從而帶來計算復雜性。在城市復雜環境中，GNSS信號易受干擾，一旦信號失鎖或發生周跳，模糊度需要重新固定，導致定位可靠性不足，實時性難以保證。

隨著北斗三號系統(BDS-3)的正式開通，可以向外公開播發四頻信號的數據，多頻衛星觀測信息為定位性能的提升提供了新的機遇及挑戰。通過引入多頻GNSS觀測信息，獲取連續單歷元高精度GNSS觀測值，有望提升緊組合定位系統整體輸出穩定性和可靠性。目前，國內外大部分關于車載組合定位的研究主要集中在GNSS雙頻觀測值與INS的組合，對于多頻GNSS與INS的研究甚少，尤其是城市動態環境下。因此，有必要研究面向城市環境下多頻BDS-2/BDS-3與INS的車載組合定位，來進一步提升組合定位的可靠性和實時性。

發明內容

為了克服傳統緊組合定位在城市環境下易受環境制約和使用LAMBDA方法實時性不高等缺陷，提高組合定位的可靠性和實時性，本發明針對北斗導航系統的特點，提出一種面向城市環境的多頻BDS-2/BDS-3/INS車載組合定位方法。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

一種面向城市環境的多頻BDS-2/BDS-3/INS車載組合定位方法，包括以下步驟：

步驟(1)構建BDS多頻線性組合載波相位和偽距雙差模型，獲取多頻線性組合載波相位和偽距觀測值；

步驟(2)基于BDS-2三頻信號及BDS-3四頻信號的特點和差異，根據波長、電離層和噪聲因素的綜合影響選擇合適的觀測值線性組合，解算BDS多頻載波相位單歷元模糊度；

步驟(3)根據城市觀測環境的復雜程度，使用不同的模糊度固定策略：首先基于無幾何(GF)模型單歷元取整固定到多頻寬巷模糊度，如果觀測環境較為復雜，則直接使用已經固定的寬巷模糊度參與定位解算，如果觀測環境良好，允許對信號連續觀測，則在已經固定的寬巷模糊度基礎上再結合幾何(GB)模型繼續固定到窄巷模糊度后參與定位解算；

步驟(4)針對不同的模糊度固定策略的結果建立相應的觀測向量，構建組合定位系統量測模型和狀態模型；

步驟(5)在步驟(4)的基礎上，使用抗差濾波方法剔除城市環境下觀測值出現的異常值，以消除和削弱粗差對組合定位結果的影響。