基于伪距残差和新息的GNSS/IMU抗差自适应定位算法

在全球导航卫星系统(GNSS)和惯性测量元件(IMU)组合导航系统中,抗差滤波和自适应滤波常被用于提高组合导航的定位精度。但是抗差滤波和自适应滤波所适用的条件不同,使用不当反而可能会降低组合导航的定位精度,针对此问题,提出基于伪距残差和新息的GNSS/IMU抗差自适应定位算法。所提算法基于伪距残差评估GNSS的定位质量,选择合适的滤波算法进行GNSS/IMU组合导航解算。在长时间GNSS定位质量较差时,基于新息和伪距残差判断是否IMU运动学推算误差大于GNSS观测值误差,从而根据判断的结果选择是否采用抗差因子。结果表明:所提算法相对于扩展卡尔曼滤波算法在东、北和天方向上分别提高36.05%、22.71%和56.22%的定位精度。

一种基于伪距残差加权的最小二乘定位算法

UWB定位在室内具有较好的定位精度,但是在复杂环境下,尤其是存在多个非直达信号时,最小二乘算法的定位精度严重下降,针对室内复杂环境下UWB定位由于基站遮挡距等因素导致最小二乘定位误差增大这一问题,提出一种基于伪距残差的自适应加权最小二乘算法。算法通过伪距残差来调整参与定位不同基站的伪距权重,来改善室内复杂环境下的UWB导航定位性能。通过实测数据验证表明,在参与定位的基站无遮挡条件下本文算法相比传统的最小二乘算法相差不大,定位精度均优于10cm;在存在遮挡的条件下,提出算法一定程度能够排除误差较大的伪距对定位稳定性的破坏,定位精度优于20cm,提升了最小二乘算法的鲁棒性。

基于伪距残差相关性的GPS/INS紧耦合抗差滤波

提出了基于GPS伪距残差相关性的GPS/INS紧耦合抗差滤波算法.理论推导了GPS伪距观测值残差的计算方法,引入了相关函数对伪距残差进行相关性分析;分析了GPS/INS紧耦合导航的动力学模型和观测模型,基于残差相关性构建了紧耦合抗差滤波算法,利用实测数据验证了算法的有效性.结果表明:相比于非抗差滤波算法和传统的抗差滤波算法,基于GPS伪距残差相关性的抗差滤波能更灵敏地探测GPS/INS紧耦合中伪距观测值的粗差,并且通过抗差滤波因子抑制粗差对于导航结果的影响,提高GPS/INS紧耦合导航精度,而且通过控制粗差能够有效避免滤波发散现象的发生.

估计卫星频间偏差的GLONASS伪距定位改进模型及其验证

通过比较GLONASS广播星历与精密星历发现,GLONASS广播星历卫星钟差误差的主导因素为未标定的设备延迟参数。基于测站伪距残差分析,将卫星端与接收机端的IFB进行分离,建立广播星历的频间偏差和伪距定位改进模型,并对定位改进模型进行动态定位验证。结果表明,采用该模型的定位精度在N、E、U方向上分别平均提升51.1%、41.7%、48.3%。

基于BDS的组合权重加权最小二乘定位算法

针对伪距单点定位方法在北斗系统中因其可见定位卫星权重分配不全面所引发的定位精度低的问题,提出了一种基于组合权重的加权最小二乘定位解算方法来实现精确定位。解算方法通过利用可见卫星的仰角值和其伪距残差值构成的组合权重,在解算过程中赋予不同定位卫星的不同的权值,从而消除“不健康”卫星所带来的偏差。仿真和实验结果表明:算法在同样定位环境下,较伪距单一权重加权最小二乘法和仰角单一权重加权最小二乘在高程方向上定位平均误差降低了24.6%、4.19%,水平方向上平均误差降低了5.58%、3.39%,组合权重算法与两种单一权重定位算法相比误差标准差更小,具有良好的定位解算能力。

北斗广播星历偏差分析及改正

以后处理精密轨道钟差为参考,分析了2014年2月至2016年10月北斗广播星历误差及空间信号精度,分析结果表明,北斗广播星历存在偏差,最大超过2m。在此基础上,基于广域差分改正数,采用18个MGEX站不同频点及频点组合连续97d的数据对以上广播星历偏差进行了进一步验证。验证结果表明,不同卫星的伪距观测残差存在与广播星历偏差一致的系统性偏差。比较后处理给出的TGD和广播星历给出的TGD参数的偏差(dTGD),发现dTGD与基于广域差分参数的BEB的相关系数达到0.89,这表明经广域差分参数改正后的星历偏差可能是由广播电文中的TGD偏差造成。将北斗广播星历偏差改正到TGD参数上,分析对用户定位的影响。结果表明,经改正后,双频用户在N、E、U 3个方向单点定位精度分别提高14.9%、28.4%、15.5%,其定位残差也明显得到改善。

基于部分可见星的接收机完好性监测方法

传统的伪距残差检测接收机自主完好性监测算法在无法获得较为准确的接收机先验位置信息时,先验位置偏差往往会对各颗卫星的伪距残差造成严重影响,从而导致故障检测与识别出错。因此可能将含有粗差的观测值用来定位,而剔除了高质量的观测值。特别是在多颗卫星观测值受粗差影响的情况下,定位精度将严重恶化。为了解决此问题,本文提出了一种基于部分可见星定位结果的鲁棒接收机自主完好性监测算法,算法首先利用了部分可见卫星观测值进行最小二乘的粗略定位,并用此定位结果来计算伪距残差量。同时为了保证此粗略定位结果的精度满足后续伪距残差检测的要求,本文还提出了一种鲁棒性的基于最小平方中值的方法对其进行精度估计。此外,本文也从理论上推导与分析了所提出的接收机自主完好性监测算法的门限值。最后利用仿真与实测数据对所提出的方法与传统最小二乘伪距残差检测法进行了性能对比测试实验,结果表明:本文所提出的方法在复杂环境下对故障卫星的漏排除率比最小二乘伪距残差检测方法有明显的降低(实验中降低了7.77%),定位结果的精度也比传统最小二乘伪距残差检测方法有明显的改善。

基于完好性的深耦合系统中多路径误差

针对全球定位系统(GPS)中的多路径误差消除问题,提出了一种基于完好性和深耦合结构相结合的多路径误差消除方法。首先,把GPS和捷联式惯性导航系统(SINS)构造成深耦合结构;然后,把鉴频鉴相器输出的伪距残差和伪距率残差作为检验统计量;其次,根据伪距残差和伪距率残差服从高斯分布,计算出伪距残差和伪距率残差的检测门限;最后,利用计算出的检测门限去评估检验统计量,把修正后的伪距残差和伪距率残差输入到卡尔曼滤波器中。将该方法与没有使用完好性的多路径误差消除方法进行仿真对比:纬度误差大约降低了40 m,偏航角误差大约降低了4°,北向速度误差大约降低了2 m/s;在与消除多路径误差的传统方法对比中(采用小波滤波),高度误差大约降低了40 m,俯仰角误差大约降低了5°。仿真结果表明,基于完好性的多路径消除方法能够有效消除由多路径带来的定位误差(位置误差、姿态角误差和速度误差),同时比传统的滤波法更能有效减小由多路径带来的定位误差。