基于精密单点定位的GPS/AHRS组合导航定位方法研究

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精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)是一种高精度绝对定位技术。PPP技术通过采用单台接收机接收卫星数据,并根据国际GNSS服务(International GNSS Service,IGS)提供的精密星历产品,精确修正各种观测误差,即可获得事后厘米至毫米级、实时亚分米级的导航定位结果。然而,PPP的定位精度及可靠性会受到如城市峡谷等导航环境的影响,因此,基于INS辅助PPP技术已成为国内外研究的热点。现阶段基于INS辅助PPP的松组合技术因具有结构简单、易于工程实现等优点而受到广泛应用。然而目前PPP收敛时间长的问题在松组合中仍未能有效解决,这显然满足不了实时高精度导航定位的应用需求。航姿参考系统(Attitude and Heading Reference System,AHRS)能够提供高精度自主航向信息,可以作为INS辅助PPP的约束条件,为AHRS辅助PPP实时高精度定位提供了新的思路。本文旨在提高基于AHRS辅助PPP松组合技术的收敛时间,分别从PPP的处理方法、PPP误差修正、附加航向约束的组合系统设计、附加航向和速度约束的组合系统设计等方面展开研究,以满足实时高精度导航定位的需求。文章的主要研究内容如下:(1)首先对PPP所常用的三种典型函数模型进行介绍,包括传统消电离层模型、Uof C模型以及无模糊度模型,并介绍了PPP的随机模型和参数估计方法。通过分析各种PPP模型的优缺点,总结本文中PPP的基本处理方法。(2)在PPP误差处理方面,考虑到精确的误差模型修正是实现PPP高精度定位的基础,本文重点针对观测量中的误差源进行了分类,并对各项误差的影响量级进行分析,对不同类型的误差分别采取模型修正或参数估计的方法进行处理,实验结果表明对误差精细化处理后定位精度得到很大提升。(3)针对传统PPP收敛慢的问题,提出了一种AHRS辅助PPP的方法,该方法利用AHRS提供的航向信息作为PPP附加约束条件,构建附加航向约束的组合系统滤波器的状态模型和量测模型。通过动态实验仿真测试附加航向约束的组合系统,结果表明基于AHRS辅助PPP的组合系统有效改善了PPP的收敛时间。(4)针对传统PPP位置状态预测失真的问题,设计了附加航向和速度约束的组合系统滤波状态模型和量测模型。该模型将接收机输出的多普勒频移观测值表示成速度函数,充当速度约束条件,提升模型的状态预测精度。通过动态实验仿真测试附加航向和速度约束的组合系统,结果表明组合系统有效提升了滤波模型的稳定性。
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