模糊度固定解PPP/INS緊組合理論與方法

劉 帥

信息工程大學(xué)導(dǎo)航與空天目標(biāo)工程學(xué)院，河南 鄭州 450001

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模糊度固定解PPP/INS緊組合理論與方法

劉 帥

信息工程大學(xué)導(dǎo)航與空天目標(biāo)工程學(xué)院，河南 鄭州 450001

車載移動測量、航空攝影測量、船載水深測量等領(lǐng)域的測繪用戶迫切需求測量平臺高精度高頻率的位置、速度和姿態(tài)信息。目前滿足此需求并被廣泛應(yīng)用的就是基于相位觀測值的DGNSS/INS組合。本文研究了新組合，即模糊度固定解PPP/INS緊組合。對于新組合，在PPP模糊度固定技術(shù)的支撐下，僅使用單臺流動站GNSS接收機，即可獲取穩(wěn)定的厘米級定位精度，且它的測速測姿精度與DGNSS/INS組合相當(dāng)。由于無需架設(shè)基準(zhǔn)站，新組合特別適合大面積移動測繪任務(wù)，并可降低作業(yè)成本和復(fù)雜度，為測繪用戶提供了又一選擇。本文圍繞模糊度固定解PPP/INS緊組合這一核心工作，從理論和方法兩方面展開了系統(tǒng)研究。主要創(chuàng)新點及關(guān)鍵結(jié)論如下：

(1) 推導(dǎo)了基于整數(shù)相位鐘產(chǎn)品和星間單差觀測值的GPS PPP模糊度固定模型，提出了一種顧及質(zhì)量控制的逐級模糊度固定策略(CAFQC)。50組IGS站試驗表明：當(dāng)PPP模糊度收斂到一定精度時，通過模糊度固定，將含模糊度的相位觀測值轉(zhuǎn)化為高精度絕對距離觀測值，位置誤差可迅速由分米級降至穩(wěn)定的厘米級；利用車載實驗證實了CAFQC能夠提高模糊度固定效果和可靠性。

(2) 針對單獨GPS PPP首次固定時間過長問題，研究了GLONASS輔助GPS PPP模糊度快速固定。40組IGS站試驗表明：加入GLONASS衛(wèi)星，使得GPS PPP的首次固定時間顯著減少，而且對定位精度和穩(wěn)定性亦有改善；一組車載實驗展現(xiàn)出單獨GPS PPP模糊度無法固定的情況(由于觀測時間短、衛(wèi)星數(shù)目少)，但在GLONASS衛(wèi)星的輔助下，仍能實現(xiàn)模糊度成功固定。

(3) 構(gòu)建并實現(xiàn)了模糊度固定解PPP/INS緊組合濾波模型，此為本文核心工作。兩組車載試驗對濾波模型進行了驗證：一旦實現(xiàn)模糊度成功固定，新組合即刻獲取厘米級定位精度，而且它的測速測姿精度和DGNSS/INS組合相當(dāng)，卻不需要架設(shè)基準(zhǔn)站；對于GNSS信號質(zhì)量變差導(dǎo)致的模糊度固定失敗，在INS約束作用下，可直接加速其后的重新固定。

(4) 針對GNSS信號短期中斷引起的PPP重新收斂與固定難題，借助于INS短期導(dǎo)航精度高優(yōu)勢，可加速重新收斂與固定；而采用本文提出的周跳修復(fù)方法，就能實現(xiàn)瞬時重新收斂與固定。兩組車載試驗證實了周跳修復(fù)新方法的良好性能，但隨著GNSS信號中斷時間的延長，修復(fù)能力會降低。試驗發(fā)現(xiàn)，所用戰(zhàn)術(shù)級INS未能加速PPP初始收斂。

(5) 構(gòu)建了后向的PPP/INS緊組合濾波模型，提出了適用于PPP/INS緊組合的前后向平滑算法，能夠同時提高初始與重新收斂段、GNSS信號中斷段(即INS獨立導(dǎo)航段)的組合結(jié)果精度，特別是位置精度。兩組車載試驗評估了前后向平滑算法的平滑效果。試驗表明，先修復(fù)周跳、再進行平滑，可取得更好精度的位置結(jié)果。

(6) 系統(tǒng)研究了PPP/INS緊組合結(jié)果的質(zhì)量檢核問題，提出了以濾波解算中間信息為指標(biāo)的內(nèi)部質(zhì)量檢核方法。3組車載試驗對8種濾波解算中間信息進行了分析與評價；其中，模糊度固定信息可顯著增強位置結(jié)果的檢核效果、前后向濾波不符值的檢核能力最為全面。本研究可以為測繪用戶提供質(zhì)量檢核的方法參考與依據(jù)。

Author：LIU Shuai(1986—)，male，received his doctoral degree from Information Engineering University on June 2016，majors in satellite navigation and integrated navigation.

E-mail：liushuai-0115@163.com

Theories and Methods in Tight Integration of Ambiguity-fixed PPP and INS

LIU Shuai

Information Engineering University,Zhengzhou 450001,China

劉帥.模糊度固定解PPP/INS緊組合理論與方法[J].測繪學(xué)報，2017,46(6)：803.

10.11947/j.AGCS.2017.20170133.LIU Shuai.Theories and Methods in Tight Integration of Ambiguity-fixed PPP and INS[J].Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(6):803.DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20170133.

P228

D

1001-1595(2017)06-803-01

國家自然科學(xué)基金(41674042)

2017-03-21

劉 帥(1986—)，男，2016年6月畢業(yè)于信息工程大學(xué)，獲工學(xué)博士學(xué)位(指導(dǎo)教師：孫付平教授)，研究方向為衛(wèi)星導(dǎo)航及組合導(dǎo)航。