考虑设计姿态辅助IMU/ODO的轨道不平顺检测算法

采用GNSS定位的轨道几何状态测量仪在隧道、地铁等GNSS拒止环境中无法工作.由于即使铁路轨道发生变形,其仍然接近设计线形,实际轨道位置与其设计值的差异始终保持在一定范围内.本文结合铁路设计参数与惯导/里程计信息,提出一种考虑设计姿态辅助IMU/ODO的轨道不平顺检测算法,该方法将设计姿态与惯导解算姿态相结合进行卡尔曼滤波,并使用里程计速度进行航位推算.通过计算实验,分析了轨道设计姿态信息对轨道不平顺检测精度的提升作用.实验结果表明:铁路设计姿态信息能够显著提高轨道不平顺检测精度,所提方法较基于全站仪辅助的动态检测方法,在30 m弦轨道不平顺检测精度相当,且整体检测效率较高,可以满足日常轨道检测的需要.

顾及运动特征的轨道不平顺测量精度分析

针对运动特征方程标准差和量测频率对轨道不平顺测量精度的影响进行研究,结合GNSS/INS与NHC的算法建立模型,利用协方差法进行定量分析。仿真实验表明加入运动特征方程提高了轨道不平顺的测量精度。运动特征方程标准差不变时,随着频率的增加,精度提高;频率不变时,运动特征方程标准差越小则轨道测量精度越高;给定适当的运动特征方程标准差可以满足轨道不平顺测量精度的要求。现场实验结果与仿真实验结果基本一致,证明所提方法的正确性。研究结论为提高轨道不平顺测量精度提供参考。

GPS/Galileo/BDS-3广播星历精度分析

为了分析当前GPS(Global Positioning System)、Galileo(Galileo Navigation Satellite System)和BDS-3(Beidou Navigation Satellite System with Global Coverage)广播星历的精度,详细分析研究了各种偏差改正及消除方法,并尽可能地消除了系统误差和粗差对评估结果的影响。选取2021-11-01/12-31共61天MGEX(multi-GNSS experiment)发布的多系统混合广播星历与武汉大学分析中心发布的事后精密星历数据进行实验,对GPS、Galileo和BDS-3近期广播星历精度进行对比分析,实验结果表明:3个系统广播星历整体精度由高到低依次是Galileo、BDS-3和GPS,其空间信号测距误差的RMS(root mean square)分别优于0.17、0.25和0.37 m,整体轨道精度的RMS分别优于0.17、0.12和0.25 m,BDS-3广播星历的轨道精度最高,钟差误差的RMS分别优于0.15、0.23和0.27 m,Galileo广播星历的钟差精度最高。对于GPS卫星的广播星历,blockⅢA卫星钟差和轨道精度均优于其他GPS类型卫星。

基于精化预积分的因子图GNSS/INS松组合定位

针对扩展卡尔曼滤波假设的马尔可夫性无法追溯历史信息,并且只进行一阶泰勒展开无法获得最优状态估计的问题,引入基于精化预积分的因子图(FGO)算法。首先在预积分的理论基础上参照高精度捷联惯导力学编排方程,加入地球自转实现精化预积分,其次设计IMU精化预积分因子、GNSS PPP因子,构建GNSS/INS松组合因子图框架,最后利用非线性优化理论进行状态估计,获取滑动窗口内的全局最优解,并与EKF算法进行对比分析。实测实验结果表明,基于精化预积分的FGO松组合时,三维位置的均方根误差均在0.1 m以下;与EKF相比,使用FGO算法时三组实验数据松组合的定位精度在北方向、东方向、地方向分别提升了53.03%、52.35%、64.59%,60.14%、22.62%、50.06%,22.2%、40%、67.16%;对于导航级惯性导航系统,基于图优化算法的松组合GNSS中断60 s时,最大误差均在4.7 m以内。

基于因子图优化PPP的GNSS/INS松组合导航

针对全球卫星导航系统(GNSS)容易因建筑物遮挡、多路径效应以及卫星可见数不足导致的GNSS信号失锁问题,提出了一种基于因子图优化(FGO)的精密单点定位(PPP)算法进行GNSS和惯性导航系统(INS)的融合定位方法.首先参照经典PPP双频无电离层模型,构建伪距、载波因子,根据非线性优化理论求解非线性最小二乘问题;再将优化后的PPP位置信息作为PPP因子,与地球自转的精化预积分因子一同构建到GNSS/INS松组合FGO框架中,实现组合导航信息非线性优化.车载实测结果表明:针对PPP,所提算法的定位精度相比扩展卡尔曼滤波(EKF)算法在北(N)方向、东(E)方向、地(D)方向上分别提升37.09%、28.79%、64.59%;针对GNSS/INS组合导航,该算法的定位精度相比EKF算法在三个方向上分别提升了49.08%、41.22%、71.86%.

基于广播星历的GPS/BDS-3非差非组合PPP

分析GPS和BDS-3卫星广播星历的误差特性,研究广播星历精度不足的补偿策略,提出一种SISRE补偿的非差非组合定位模型。采用2022年15个MGEX测站1周的数据进行实验。结果表明,SISRE补偿的非差非组合模型的GPS和BDS-3静态三维定位误差的RMS分别约为24 cm和23 cm, GPS/BDS-3双系统组合可进一步将精度提升至约18 cm;GPS和BDS-3仿动态三维定位误差的RMS分别约为73 cm和74 cm, GPS/BDS-3双系统组合可进一步将精度提升至约45 cm;SISRE补偿的非差非组合模型与SISRE补偿的无电离层组合模型定位精度相当。

强电离层环境下的北斗三频周跳探测与修复

针对强电离层环境下,周跳探测受电离层延迟和伪距多路径的影响容易造成误探的问题,提出了一种适应强电离层环境的周跳探测与修复方法,并选取了合适的伪距相位组合探测阈值。本文选用三频GFIF相位组合、MW组合以及电离层改正的无几何伪距相位组合进行周跳探测,在周跳修复阶段采用电离层改正的伪距相位组合和2个MW组合,解决了联立方程病态问题。通过采用磁暴发生当天的JFNG与XMIS测站观测数据,并在数据中加入2周内小周跳和随机周跳进行实验,结果表明,该方法在强电离层环境下能准确地实现周跳的探测和修复。