模糊度固定解PPP/INS紧组合滤波模型构建及实现,  江海路灯维修车出租, 江海路灯维修车租赁, 江海路灯维修车   基于相位观测值的DGNSS/INS组合系统，能够为用户提供高精度的位置、速度和姿态参考，现已广泛应用于高精度移动测绘领域。该系统使用基准站和流动站的站星双差观测值与INS进行组合，当站星双差模糊度成功固定时，该系统能够达到厘米级定位精度。但是DGNSS/INS组合系统存在着显著缺点：需要基准站的支持，而且要确保流动站与基准站保持十几甚至几千米以内的距离以确保双差模糊度能被固定；对于航空测量，由于测区面积较大，使用该系统时需要在作业区域布设多个基准站以确保定位精度，这就增加了整个系统成本和复杂度；而对于海洋测量，由于海洋环境特点，极不便于布设基准站。精密单点定位(PPP)使用IGS发布的精密星历和钟差产品并充分考虑各项误差改正，只需单台双频GNSS接收机就能实现全球范围内的高精度绝对定位。由于摆脱了基准站的限制，PPP更适合航空摄影测量、海洋测量等大范围领域应用。若将PPP与INS进行组合，既能定位又能测速测姿，却不再受作业距离限制。因此，不少学者研究了如何将PPP与INS进行组合，并对组合效果进行了评估。但是，他们均使用模糊度为浮点解的PPP与INS进行组合。这种模糊度浮点解PPP/INS组合却也存在不足：通常需要较长的初始收敛时间，只能达到分米到厘米级范围的定位精度且不很稳定；由于没有模糊度固定指标，在没有外部检核手段的情况下，测绘用户无法获知究竟达到了怎么样的定位精度。这些不足严重限制该组合的推广使用。近几年发展起来的PPP模糊度固定技术，可有效缩短收敛时间并提高定位精度和稳定性，吸引了大家的普遍关注。如果将模糊度固定解PPP与INS进行组合，就能有效的克服DGNSS/INS组合的缺点并弥补模糊度浮点解PPP/INS组合的不足，实现无需架设基准站和无作业距离限制的高精度定位和测速测姿，扩展移动测绘的作业范围、降低移动测绘的作业成本和复杂度。将模糊固定解PPP与INS按照紧组合模式融合起来，构成新组合，正是本文最为核心的工作。

      若想实现模糊度固定解PPP/INS紧组合，需要解决两个关键问题：①如何取得模糊度固定解；②如何构建PPP/INS紧组合滤波模型(即确定紧组合系统的状态方程和观测方程，然后进行扩展卡尔曼滤波解算)。事实上，二文已经对①个问题进行了解答。并结合扩展卡尔曼滤波基本理论，就能回答②个问题，这就是本文的主要工作，亦是本文的核心工作。本文首先对松、紧组合模式的特征和优缺点进行分析，由于紧组合优势明显，本文的研究全部瞄准紧组合模式，然后对扩展卡尔曼滤波(EKF)的基本理论进行梳理；接下来是本文最关键部分，即构建模糊度固定解PPP/INS紧组合滤波模型，包括状态方程和观测方程，并指出如何进行模糊度固定；最后通过两组实测算例对模糊度固定解PPP/INS紧组合滤波模型进行验证，对该新组合效果进行分析。

       松、紧组合模式的分析与选择针对PPP/INS组合，通常使用松组合、紧组合这两种组合模式。它们的区别在于对GNSS信息的使用深度不同：一个是导航结果层次的使用，一个是原始观测值层次的使用。松组合模式中，先将GNSS接收机的观测值经由PPP滤波解算得到位置、速度结果，再与INS进行组合；紧组合模式中，直接使用GNSS接收机的观测值与INS进行组合。下文将详述两种组合模式的特征与具体差异。

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      (1)  松组合模式中，在组合时刻，INS推算出的位置、速度与PPP滤波器输出的位置、速度同时进入松组合滤波器完成信息融合。松组合滤波器解算得到位置、速度和姿态误差值，分别改正INS推算出的位置、速度和姿态，最终输出高频率、高可靠性的全参数导航结果；同时可以将滤波解算得到的加速度计、陀螺的常值零偏项进行反馈，对加速度计输出的比力和陀螺输出的角速度进行闭环校正，从而实现在线标定。针对DGNSS/INS松组合模式，相关文献还考虑了一种加入“种子”的结构和一种“半紧”的组合模式。仿照其中的思路，在图4.1中也引入“种子”，即将惯导解算得到的位置和速度输入到PPP滤波器中，以增强PPP滤波解算的可靠性。

   (2)紧组合模式图4.2给出了本文所用的PPP/INS紧组合模式的结构图。与松组合模式相比，紧组合模式的主要不同点是：与INS进行组合的是星间单差的消电离层伪距、相位和多普勒观测值；整个组合系统中仅有一个紧组合滤波器，而不再含有松组合模式中的PPP滤波器。紧组合模式的优势主要体现在以下三点：

     (1)输入到松组合滤波器中的PPP位置、速度是时间相关的，而且它们的观测噪声方差不好确定(因为PPP需要经历收敛，很难确定收敛过程中的位置、速度的实际精度)；但是输入到紧组合滤波器中的观测值可认为在时间上不相关，并能根据经验模型给出较准确的观测噪声方差。由于可以设置更为准确的随机模型，所以从理论上讲，紧组合会获得更好的精度。

     (2)当可见卫星数目不足时，对于松组合模式，PPP滤波器难以获取位置、速度解，因此不能进行量测更新来限制惯导误差积累；但若使用紧组合模式，只要有可见卫星就依然可以进行量测更新，从一定程度上继续限制惯导误差积累，这对于城市区域这种复杂观测环境的应用至关重要。

     (3)使用紧组合模式，可以更为便利和充分的利用INS短期导航精度高的优势，因而具备更强的质量控制与检核能力，在抵抗GNSS观测值粗差、模糊度固定、周跳修复等方面均更有优势。图4.2PPP/INS紧组合模式结构图紧组合模式的缺点是实现复杂，特别是由于紧组合滤波器中包含了模糊度参数，这导致待估参数个数显著增加，极大的增加了计算开销。但是该组合模式的应用群体主要是测绘用户，故可进行后处理解算，因此不必过于担心实现复杂及解算耗时问题。综合以上分析，本文研究工作全部集中于紧组合模式。

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