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原文传递城市环境下多频GNSS/INS/OD融合高精度定位技术研究

论文题名：	城市环境下多频GNSS/INS/OD融合高精度定位技术研究
关键词：	车载导航系统;全球导航卫星系统;惯性导航系统;里程计;定位精度
摘要：	城市环境作为车载导航系统的典型应用场景，因其存在遮挡频繁、多径效应显著等特征，已成为车载导航技术的重点和难点。GNSS/INS组合系统作为车载导航系统的核心部件，现有的方法多采用单频GNSS信号，模糊度固定较为困难，容易出现浮点解，定位精度和可用性难以保证。多频GNSS信号具有模糊度能够单历元固定的优点，在卫星信号恢复后能够迅速消除定位误差，适用于城市环境等频繁遮挡场景。另一方面，GNSS/INS组合系统在卫星失锁时的定位性能依赖于INS器件性能指标，里程计(OD)的加入有望改善这一现状。因此，本文深入研究多频GNSS/INS/OD融合高精度定位方法，论文的主要研究工作如下：　　（1）阐述了多频GNSS/INS/OD融合定位基本理论。首先，介绍了GNSS定位基本理论，分别介绍了GNSS基本观测方程、GNSS多频观测量的线性组合以及多普勒测速方程，并选取了各系统的较优双频、三频组合系数；然后，对惯性导航解算及其误差方程进行推导；最后介绍了INS/OD组合更新算法与误差模型。　　（2）研制了基于GNSS板卡PPS+stm32的GNSS/INS/OD时间同步数据采集嵌入式平台。以GNSS板卡PPS信号为基准，将PPS信号经过脉宽调整以及两级锁相倍频后分别作为OD和INS的采样时钟。相比纯软件的时间同步方法，本方法能够有效抑制采样时钟的持续漂移，提高时间同步精度。采用DMA方式输出采样数据，相比阻塞式发送，能够避免主程序阻塞，提高程序响应速度，降低数据输出延时。　　（3）研究了INS辅助双频/三频融合GNSS模糊度固定方法。使用INS推算伪距取代原始观测伪距，利用能够单历元固定的三频超宽巷/宽巷模糊度，辅助固定双频宽巷模糊度，进而辅助固定窄巷模糊度。相比现有的单频模糊度固定方法，能够显著提高模糊度固定速度，避免了单频模糊度固定初始化时间过长的问题，提高了卫星定位在城市环境等频繁遮挡场景下的可用性。在算例1中，现有的单频模糊度固定方法模糊度固定率为90.1%，本方法将窄巷模糊度固定率提升至97.9%。在定位精度上，双频/三频融合GNSS/INS相比单频GNSS/INS组合整体定位精度提升53.7%，测速精度提升35.5%。　　（4）研究了多频GNSS/INS/OD融合定位方法。介绍了INS/OD辅助多频GNSS周跳探测与修复方法，使用算例1进行测试，对模拟的周跳均能正确探测与修复，OD的加入有效降低了卫星失锁期间预测卫地距误差，降低了周跳探测对INS器件性能指标的要求。在多频GNSS/INS基础上，增加增量式OD量测量，扩展融合系统的量测方程，抑制卫星失锁时定位误差的发散。在算例1中，本方法在多频GNSS/INS基础上，三维整体定位精度提升了21.7%，测速精度提升了19.6%；在算例2中，增加OD辅助显著降低了卫星失锁期间系统定位误差。
作者：	王云凤
专业：	仪器科学与技术
导师：	潘树国
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2021