基于GPS/Beidou2/INS的组合导航与定位方法技术

本发明专利技术提供一种基于GPS/Beidou2/INS的组合导航与定位方法，该方法包括以下步骤：分别采集GPS卫星定位系统的定位数据和Beidou2卫星定位系统的定位数据；采用载波相位求解法分别建立GPS卫星定位系统模型和Beidou2卫星定位系统模型；采用统一的时间基准和坐标基准，将BeiDou2的载波差分定位和GPS的载波差分定位进行联立求解；通过GNSS板卡、三轴光纤陀螺和加速度计组合并采用紧耦合技术捕获INS数据；采用分布式卡尔曼滤波进行GPS/BeiDou2/INS组合导航，给出组合导航系统的状态向量、测量向量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于GPS/Beidou2/INS的组合导航与定位方法，属于3S集成应用领域。
技术介绍
组合导航系统有利于充分利用各导航系统进行信息互补与信息合作，成为导航系统发展的方向。在所有的组合导航系统中，以GPS与INS组合的系统最为理想，而紧耦合方式是GPS与INS组合的最优方法。鉴于GPS的不可依赖性，将北斗导航系统与INS的组合是组合导航系统的发展趋势，因此研究其组合模式具有重要意义。鉴于此，解决GPS/Beidou2/INS紧密组合进行导航与定位，具有重大的实际应用价值，也具有重要的科学意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，从而提供一种基于GPS/Beidou2/INS的组合导航与定位方法。本专利技术的目的是通过下面的技术方案来实现的：一种基于GPS/Beidou2/INS的组合导航与定位方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤1：卫星定位数据采集分别采集GPS卫星定位系统的定位数据和Beidou2卫星定位系统的定位数据；步骤2：单点定位模型建立；分别建立GPS卫星定位系统模型和Beidou2卫星定位系统模型，均采用载波相位求解法，采用如下解算方程：其中，λ为载波波长，为载波相位观测值，R为GPS卫星或Beidou2卫星到接收机相位中心的几何距离；N为载波模糊度；tr为GPS卫星或Beidou2卫星的接收机的钟差，t为GPS卫星定位系统或Beidou2卫星定位系统的时间系统同步误差，ts为GPS卫星Beidou2卫星的钟差；C为光速；T为对流层延迟误差；I为电离层延迟误差；M为多路径误差；P为GPS卫星或Beidou2卫星的天线相位中心偏差；e为其他非模型化误差和载波相位观测噪声；步骤3：GPS与BeiDou2联合定位解算采用统一的时间基准和坐标基准，将BeiDou2的载波差分定位和GPS的载波差分定位进行联立求解，得到如下定位方程组：其中，Δ▽表示双差算子，λ为载波波长，为载波相位观测值，R为卫星到接收机相位中心的几何距离；N为载波模糊度；C为光速；T为对流层延迟误差；I为电离层延迟误差；M为多路径误差；P为天线相位中心偏差；e为其他非模型化误差和载波相位观测噪声；上标C和G分别对应于BeiDou2卫星定位和GPS卫星定位；得BeiDou2/GPS双差载波相位观测方程为：ΔbCaC0ΔbG0aGΔdXΔ▿NCΔ▿LG=Δ▿NCΔ▿LG---(3)]]>b=x1-x0r0y1-y0r0z1-z0r0.........xm-x0r0ym-y0r0zm-z0r0---(5)]]>其中，dX表示相对坐标改正向量；ΔN为双差整周模糊度向量；b为与dX相对应的系数矩阵；a为与ΔN相对应的系数矩阵；L为常数项向量，其中Δ为单差算子；式中(x0,y0,z0)为用户位置初始值，(xm,ym,zm)为卫星坐标；r0为用户初始值与卫星之间的几何距离；m为观测到的同一系统卫星数；根据公式(3)、(4)、(5)，采用最小二乘法，先求出双差整周模糊度ΔN，然后求出相对坐标改正值，进而得到相对位置信息。步骤4：INS数据采集通过GNSS板卡、三轴光纤陀螺和加速度计组合并采用紧耦合技术捕获INS数据；步骤5：GPS/Beidou2/INS组合导航定位采用分布式卡尔曼滤波进行GPS/BeiDou2/INS组合导航，GPS和BeiDou2各个子系统首先通过局部卡尔曼滤波器处理各自的测量信息以产生局部状念估计，每个观测方程所得到的局部卡尔曼滤波器作为子滤波器，INS滤波器作为主滤波器，合并成总体状态滤波器，给出组合导航系统的状态向量、测量向量；设定GPS加权值和Beidou2加权值，分别令加权值为w1,w2，则组合导航经纬度为：λ＝w1λ1+w2λ2满足：w1+w2＝1由不确定传播计算定律求得不确定度为：式中，(μλ1、μλ2)为GPS和Beidou2卡尔曼滤波器的输出经度和纬度的不确定度；为组合导航系统输出的经度和纬度的不确定度，(μc1、μc2)、μc分别为卫星系统中各个传感器输出信号的不确定度和自适应滤波器输出信号的不确定度；采用拉格朗日乘法对公式(6)进行求解：对(w1，w2)求偏导并令其等于0，分别求得加权值：w1=μc22μc12+μc22,w2=μc12μc12+μc22.]]>本专利技术方法的有益效果是：实现数百公里内厘米级至分米级精度高可靠性GPS/Beidou2/INS紧密组合导航与定位。针对高精度需求，通过对GPS/Beidou2双模数据进行差分处理，然后和INS数据进行紧密组合滤波，实现航空应用中厘米级定位和角秒至角分不同精度级别的测姿；通过精密单点定位技术，使用GPS/Beidou2非差观测数据和IGS精密轨道和钟差信息，实现非差精密单点GPS/Beidou2/INS紧密组合，达到小分米级定位和角秒至角分精度级别的测姿。本专利技术方法可为不同精度需求的遥感平台定位与测姿应用提供理论基础和工程实践经验。说明书附图图1是GPS/BeiDou2/INS分布式卡尔曼滤波框图。具体实施方式下面给出具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。一种基于GPS/Beidou2/INS的组合导航与定位方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤1：卫星定位数据采集分别采集GPS卫星定位系统的定位数据和Beidou2卫星定位系统的定位数据；步骤2：单点定位模型建立；分别建立GPS卫星定位系统模型和Beidou2卫星定位系统模型，均采用载波相位求解法，采用如下解算方程：其中，λ为载波波长，为载波相位观测值，R为GPS卫星或Beidou2卫星到接收机相位中心的几何距离；N为载波模糊度；tr为GPS卫星或Beidou2卫星的接收机的钟差，t为GPS卫星定位系统或Beidou2卫星定位系统的时间系统同步误差，ts为GPS卫星Beidou2卫星的钟差；C为光速；T为对流层延迟误差；I为电离层延迟误差；M为多路径误差；P为GPS卫星或Beidou2卫星的天线相位中心偏差；e为其他非模型化误差和载波相位观测噪声；在实际定位中，时间系统同步误差项会被接收机钟差项吸收，则载波相位差分解算方程变为：步骤3：GP本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GPS/Beidou2/INS的组合导航与定位方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤1：卫星定位数据采集分别采集GPS卫星定位系统的定位数据和Beidou2卫星定位系统的定位数据；步骤2：单点定位模型建立；分别建立GPS卫星定位系统模型和Beidou2卫星定位系统模型，均采用载波相位求解法，采用如下解算方程：其中，λ为载波波长，为载波相位观测值，R为GPS卫星或Beidou2卫星到接收机相位中心的几何距离；N为载波模糊度；tr为GPS卫星或Beidou2卫星的接收机的钟差，t为GPS卫星定位系统或Beidou2卫星定位系统的时间系统同步误差，ts为GPS卫星Beidou2卫星的钟差；C为光速；T为对流层延迟误差；I为电离层延迟误差；M为多路径误差；P为GPS卫星或Beidou2卫星的天线相位中心偏差；e为其他非模型化误差和载波相位观测噪声；步骤3：GPS与BeiDou2联合定位解算采用统一的时间基准和坐标基准，将BeiDou2的载波差分定位和GPS的载波差分定位进行联立求解，得到如下定位方程组：其中，表示双差算子，λ为载波波长，为载波相位观测值，R为卫星到接收机相位中心的几何距离；N为载波模糊度；C为光速；T为对流层延迟误差；I为电离层延迟误差；M为多路径误差；P为天线相位中心偏差；e为其他非模型化误差和载波相位观测噪声；上标C和G分别对应于BeiDou2卫星定位和GPS卫星定位；得BeiDou2/GPS双差载波相位观测方程为：ΔbCaC0ΔbG0aGΔdXΔ▿NCΔ▿NG=Δ▿LCΔ▿LG---(3)]]>b=x1-x0r0y1-y0r0z1-z0r0.........xm-x0r0ym-y0r0zm-z0r0---(5)]]>其中，dX表示相对坐标改正向量；ΔN为双差整周模糊度向量；b为与dX相对应的系数矩阵；a为与ΔN相对应的系数矩阵；L为常数项向量，其中Δ为单差算子；式中(x0,y0,z0)为用户位置初始值，(xm,ym,zm)为卫星坐标；r0为用户初始值与卫星之间的几何距离；m为观测到的同一系统卫星数；根据公式(3)、(4)、(5)，采用最小二乘法，先求出双差整周模糊度ΔN，然后求出相对坐标改正值，进而得到相对位置信息。步骤4：INS数据采集通过GNSS板卡、三轴光纤陀螺和加速度计组合并采用紧耦合技术捕获INS数据；步骤5：GPS/Beidou2/INS组合导航定位采用分布式卡尔曼滤波进行GPS/BeiDou2/INS组合导航，GPS和BeiDou2各个子系统首先通过局部卡尔曼滤波器处理各自的测量信息以产生局部状念估计，每个观测方程所得到的局部卡尔曼滤波器作为子滤波器，INS滤波器作为主滤波器，合并成总体状态滤波器，给出组合导航系统的状态向量、测量向量；设定GPS加权值和Beidou2加权值，分别令加权值为w1,w2，则组合导航经纬度为：λ＝w1λ1+w2λ2满足：w1+w2＝1由不确定传播计算定律求得不确定度为：式中，(μλ1、μλ2)为GPS和Beidou2卡尔曼滤波器的输出经度和纬度的不确定度；为组合导航系统输出的经度和纬度的不确定度，(μc1、μc2)、μc分别为卫星系统中各个传感器输出信号的不确定度和自适应滤波器输出信号的不确定度；采用拉格朗日乘法对公式(6)进行求解：对(w1，w2)求偏导并令其等于0，分别求得加权值：w1=μc22μc12+μc22,w2=μc12μc12+μc22.]]>...

【技术特征摘要】
1.一种基于GPS/Beidou2/INS的组合导航与定位方法，其特征在于：
它包括以下步骤：
步骤1：卫星定位数据采集
分别采集GPS卫星定位系统的定位数据和Beidou2卫星定位系统的定
位数据；
步骤2：单点定位模型建立；
分别建立GPS卫星定位系统模型和Beidou2卫星定位系统模型，均采用
载波相位求解法，采用如下解算方程：
其中，λ为载波波长，为载波相位观测值，R为GPS卫星或Beidou2卫
星到接收机相位中心的几何距离；N为载波模糊度；tr为GPS卫星或Beidou2
卫星的接收机的钟差，t为GPS卫星定位系统或Beidou2卫星定位系统的时间
系统同步误差，ts为GPS卫星Beidou2卫星的钟差；C为光速；T为对流层延
迟误差；I为电离层延迟误差；M为多路径误差；P为GPS卫星或Beidou2卫星
的天线相位中心偏差；e为其他非模型化误差和载波相位观测噪声；
步骤3：GPS与BeiDou2联合定位解算
采用统一的时间基准和坐标基准，将BeiDou2的载波差分定位和GPS
的载波差分定位进行联立求解，得到如下定位方程组：
其中，表示双差算子，λ为载波波长，为载波相位观测值，R为卫
星到接收机相位中心的几何距离；N为载波模糊度；C为光速；T为对流层延
迟误差；I为电离层延迟误差；M为多路径误差；P为天线相位中心偏差；e
为其他非模型化误差和载波相位观测噪声；上标C和G分别对应于BeiDou2
卫星定位和GPS卫星定位；
得BeiDou2/GPS双差载波相位观测方程为：
ΔbCaC0ΔbG0aGΔdXΔ▿NCΔ▿NG=Δ▿LCΔ▿LG---(3)]]>b=x1-x0r0y1-y0r0z1-z0r0...........

【专利技术属性】
技术研发人员：陈长宝，李传奎，杜红民，孔晓阳，王茹川，郭振强，王磊，
申请(专利权)人：中原智慧城市设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41