GNSS导航方法和终端、组合导航系统、存储介质技术方案

本发明专利技术提供一种GNSS导航方法和终端、组合导航系统、存储介质。所述GNSS导航方法包括:基于基础剔除方案以及辅助剔除方案挑选有效的观测值，其中所述辅助剔除方案依赖于所述INS导航结果；基于INS导航结果计算当前历元参数的预测值；根据挑选的有效的观测值、当前历元参数的预测值计算当前历元参数的估计值的浮点解；和根据当前历元参数的估计值的浮点解以及其估计误差进行整周模糊度固定，求得当前历元参数的估计值的固定解。这样，提高了GNSS导航的精度和可靠性。航的精度和可靠性。航的精度和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
GNSS导航方法和终端、组合导航系统、存储介质


[0001]本专利技术涉及定位导航领域，尤其涉及一种GNSS导航方法、GNSS导航终端、组合导航系统和存储介质。

技术介绍

[0002]全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)可为全球用户提供全天候的实时定位、导航和授时服务，核心星座包括美国GPS(Global Positioning System，GPS)、中国北斗卫星导航系统(BDS)、欧盟Galileo(伽利略)、俄罗斯GLONASS(格洛纳斯)。在无增强信息辅助下，独立的单系统GNSS伪距单点定位精度为5米左右。为满足测绘、自动驾驶、形变监测等领域对高精度定位的需求，需要对原始GNSS测量误差进行改正，以实现厘米甚至毫米级的定位。在用户端，实时动态相对定位(Real Time Kinematic,RTK)技术是使用最为广泛、技术最成熟的一种GNSS导航定位技术。RTK技术是利用两台同时接收GNSS卫星信号的接收机(或称导航终端)，通过实时差分的方法消除卫星端、接收端的系统误差，并大大减少了与传播路径有关的误差，从而实现了高精度的定位、测速和授时的功能。
[0003]虽然GNSS技术有诸多优点，但GNSS卫星信号容易受到干扰或遮挡的影响。在GNSS卫星信号衰减严重的环境中，比如树木遮挡、城市峡谷、隧道等场合，GNSS卫星信号质量急剧恶化，无法实现高精度定位。在这种场景下，仅依靠单一GNSS系统，无法完成实时高精度的导航任务，通常需要多传感器进行组合导航以达到弥补GNSS导航的作用。组合导航系统是将多传感器融合在一起进行导航、定位等功能的系统，能够有效克服单一系统的劣势，发挥各自系统的优势，从而提高导航的精确度、稳定性和可靠性，为用户提供更加有效的导航信息。惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS，简称INS系统)和GNSS系统组合是最常用组合系统。INS系统是一种不依赖外部环境的、完全自主的三维推算导航系统，具备完全自主性、无外发信号、采样频率高、输出姿态信息等优点。INS系统由于其良好的自主性和短时精度高的特点，可以有效弥补GNSS导航在遮挡或干扰环境下的不足。同时，GNSS系统可以输出高精度的导航信息，为INS系统提供初始化信息，并且可以实时给INS系统提供实时高精度修正信息，防止INS系统随着时间增加误差逐渐累积，提高INS的可用性。
[0004]在进行系统组合的过程中，根据采用RTK的信息的不同，将RTK/INS组合模式分为松组合、紧组合和深组合。松组合使用RTK系统计算得到的导航信息输出给INS系统，INS系统根据预测的信息和RTK系统输出的导航信息之差作为观测量，对位置、速度、姿态等参数进行估计，得到松组合模式下的组合导航结果。RTK是GNSS系统中的最为成熟、使用最广泛的技术。松组合模式下的RTK系统和INS系统相互独立，组合系统的可靠性高，并且易于实现，是目前应用最多的组合方式。松组合模式虽然有诸多优点，但由于组合方式较为简单，导致组合导航的性能比较有限。紧组合是将RTK系统的观测值与INS系统的预测信息作为观测值进行整体解算的组合方式，与松组合相比，紧组合情况下的INS系统的预测信息直接与RTK系统的观测值进行融合，可以有效提高卫星信号遮挡环境下的RTK导航性能。由于RTK系
统和INS系统作为一个系统进行解算，INS系统的异常结果会直接影响RTK系统，导致系统整体可靠性较低。深组合是RTK系统和INS系统在硬件层面融合，由于实现难度大、使用复杂、可靠等级低，目前实际工程应用较少。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种GNSS导航方法、GNSS导航终端、组合导航系统以及存储介质，其根据INS导航结果来辅助进行GNSS导航，从而可以实现高精度、高稳定性和高可靠性的导航。
[0006]为实现专利技术目的，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种GNSS导航方法，在收到INS导航结果且INS导航结果可用时，其包括:基于基础剔除方案以及辅助剔除方案挑选有效的观测值，其中所述辅助剔除方案依赖于所述INS导航结果；基于INS导航结果计算当前历元参数的预测值，基于上一历元参数的估计值的估计误差计算当前历元参数的预测值的预测误差；根据挑选的有效的观测值、当前历元参数的预测值计算当前历元参数的估计值的浮点解，基于当前历元参数的预测值的预测误差计算得到当前历元参数的估计值的浮点解的估计误差；和根据当前历元参数的估计值的浮点解以及其估计误差进行整周模糊度固定，求得当前历元参数的估计值的固定解以及其估计误差，其中GNSS导航结果包括时间、当前历元参数的估计值的浮点解或固定解以及其估计误差，所述参数包括速度、位置中的一个或多个。
[0007]根据本专利技术的另一个方面，本专利技术提供一种GNSS导航终端，其接收INS导航终端的INS导航结果，在收到INS导航结果且INS导航结果可用时，所述GNSS导航终端执行如下操作：基于基础剔除方案以及辅助剔除方案挑选有效的观测值，其中所述辅助剔除方案依赖于所述INS导航结果；基于INS导航结果计算当前历元参数的预测值，基于上一历元参数的估计值的估计误差计算当前历元参数的预测值的预测误差；根据挑选的有效的观测值、当前历元参数的预测值计算当前历元参数的估计值的浮点解，基于当前历元参数的预测值的预测误差计算得到当前历元参数的估计值的浮点解的估计误差；和根据当前历元参数的估计值的浮点解以及其估计误差进行整周模糊度固定，求得当前历元参数的估计值的固定解以及其估计误差，其中GNSS导航结果包括时间、当前历元参数的估计值的浮点解或固定解以及其估计误差，所述参数包括速度、位置中的一个或多个。
[0008]根据本专利技术的另一个方面，本专利技术提供一种组合导航系统，其包括:INS导航终端；与INS导航终端连接的GNSS导航终端，其中所述GNSS导航终端进行GNSS导航得到GNSS导航结果，并将GNSS导航结果传送给所述INS导航终端，所述INS导航终端根据GNSS导航结果进行INS导航得到INS导航结果，并将所述INS导航结果传送给所述GNSS导航终端；所述GNSS导航终端为上文所述的GNSS导航终端。
[0009]根据本专利技术的再一个方面，本专利技术提供一种存储介质，其内存储有程序指令，该程序指令被执行以实现上述GNSS导航方法。
[0010]与现有技术相比，本专利技术根据INS导航结果来辅助进行GNSS导航，从而可以实现高精度、高稳定性和高可靠性的导航。
附图说明
[0011]图1为本专利技术中的组合导航系统在一个实施例中的结构示意图；
[0012]图2为本专利技术中的GNSS导航终端执行的GNSS导航方法在一个实施例中的流程示意图；
[0013]图3为本专利技术中的INS导航终端在一个实施例中的结构框图；
[0014]图4为本专利技术中的INS导航终端执行的INS导航方法在一个实施例中的流程示意图。
具体实施方式
[0015]为更进一步阐述本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GNSS导航方法，其特征在于，在收到INS导航结果且INS导航结果可用时，其包括:基于基础剔除方案以及辅助剔除方案挑选有效的观测值，其中所述辅助剔除方案依赖于所述INS导航结果；基于INS导航结果计算当前历元参数的预测值，基于上一历元参数的估计值的估计误差计算当前历元参数的预测值的预测误差；根据挑选的有效的观测值、当前历元参数的预测值计算当前历元参数的估计值的浮点解，基于当前历元参数的预测值的预测误差计算得到当前历元参数的估计值的浮点解的估计误差；和根据当前历元参数的估计值的浮点解以及其估计误差进行整周模糊度固定，求得当前历元参数的估计值的固定解以及其估计误差，其中GNSS导航结果包括时间、当前历元参数的估计值的浮点解或固定解以及其估计误差，所述参数包括速度、位置中的一个或多个。2.根据权利要求1所述的GNSS导航方法，其特征在于，在未收到INS导航结果或INS导航结果不可用时，其还包括：基于基础剔除方案挑选有效的观测值；根据上一历元参数的估计值计算当前历元参数的预测值，基于上一历元参数的估计值的估计误差计算当前历元参数的预测值的预测误差；根据挑选的有效的观测值、当前历元参数的预测值计算当前历元参数的估计值的浮点解，基于当前历元参数的预测值的预测误差计算得到当前历元参数的估计值的浮点解的估计误差；和根据当前历元参数的估计值的浮点解及其估计误差进行整周模糊度固定，求得当前历元参数的估计值的固定解以及其估计误差。3.根据权利要求1所述的GNSS导航方法，其特征在于，在收到INS导航结果且INS导航结果可用时，所述GNSS导航方法还包括：判断观测环境是否较差或载体运动变化是否较大，如果是，即观测环境较差或载体运动变化较大，才基于INS导航结果计算当前历元参数的预测值，并进行后续操作；如果否，即观测环境较好且载体运动变化较小，则根据上一历元参数的估计值计算当前历元参数的预测值，并进行后续操作，如果观测值的剔除率高于预定剔除阈值，则认为观测环境较差，否则，认为观测环境较好；如果前后历元间航向的变化量超过预定变化阈值，则认为载体运动变化较大，否则，则认为载体运动变化较小，其中根据所述INS导航结果中的姿态计算前后历元航向的变化量，所述INS导航结果中包括是否可用的标识，基于所述标识确定所述INS导航结果是否可用，所述观测值的剔除率为剔除的观测值的数量与总观测值的数量的比值。4.根据权利要求1所述的GNSS导航方法，其特征在于，所述基于INS导航结果计算当前历元参数的预测值包括：基于INS导航结果中的速度计算上一历元至当前历元期间的INS平均速度，基于INS平均速度和上一历元和当前历元之间的时间差计算当前历元位置的预测值；
利用INS导航结果中的当前历元的速度替代当前历元速度的预测值。5.根据权利要求1所述的GNSS导航方法，其特征在于，所述观测值包括伪距观测值、载波观测值和多普勒观测值，基于基础剔除方案以及基于INS导航结果的辅助剔除方案挑选有效的观测值包括：基于基础剔除方案以及辅助剔除方案挑选有效的伪距观测值；基于基础剔除方案以及辅助剔除方案挑选有效的载波观测值；和基于基础剔除方案挑选有效的多普勒观测值，所述基础剔除方案为：根据所述观测值的残差在所有观测值的残差的分布情况，剔除不满足概率分布的观测值；所述辅助剔除方案为：根据INS导航结果中的位置计算前后历元间的卫地距；根据前后历元间的卫地距计算所述伪距观测值的验后残差，如果所述伪距验后残差大于伪距观测值的精度与预定系数的乘积，则认为所述伪距观测值出现粗差，需要剔除，否则认为所述伪距观测值有效；根据前后历元间的卫地距计算所述载波观测值的验后残差，如果所述载波观测值的验后残大于载波观测值的精度与预定系数的乘积，则认为所述载波观测值出现周跳，需要剔除，否则认为所述载波观测值有效。6.一种GNSS导航终端，其接收INS导航终端的INS导航结果，其特征在于，在收到INS导航结果且INS导航结果可用时，所述GNSS导航终端执行如下操作：基于基础剔除方案以及辅助剔除方案挑选有效的观测值，其中所述辅助剔除方案依赖于所述INS导航结果；基于INS导航结果计算当前历元参数的预测值，基于上一历元参数的估计值的估计误差计算当前历元参数的预测值的预测误差；根据挑选的有效的观测值、当前历元参数的预测值计算当前历元参数的估计值的浮点解，基于当前历元参数的预测值的预测误差计算得到当前历元参数的估计值的浮点解的估计误差；和根据当前历元参数的估计值的浮点解以及其估计误差进行整周模糊度固定，求得当前历元参数的估计值的固定解以及其估计误差，其中GNSS导航结果包括时间、当前历元参数的估计值的浮点解或固定解以及其估计误差，所述参数包括速度、位置中的一个或多个。7.根据权利要求6所述的GNSS导航终端，其特征在于，在未收到INS导航结果或INS导航结果不可用时，所述GNSS导航终端执行如下操作：基于基础剔除方案挑选有效的观测值；根据上一历元参数的估计值计算当前历元参数的预测值，基于上一历元参数的估计值的估计误差计算当前历元参数的预测值的预测误差；根据挑选的有效的观测值、当前历元参数的预测值计算当前历元参数的估计值的浮点解，基于当前历元参数的预测值的预测误差计算得到当前历元参数的估计值的浮点解的估计误差；和根据当前历元参数的估计值的浮点解及其估计误差进行整周模糊度固定，求得当前历元参数的估计值的固定解以及其估计误差。8.根据权利要求6所述的GNSS导航终端，其特征在于，在收到INS导航结果且INS导航结果可用时，所述GNSS导航终端还执行如下操作：
判断观测环境是否较差或载体运动变化是否较大，如果是，即观测环境较差或载体运动变化较大，才基于INS导航结果计算当前历元...

【专利技术属性】
技术研发人员：扈旋旋，李一鹤，
申请(专利权)人：新纳传感系统有限公司，
类型：发明
国别省市：