基于四元数法的航向修正算法分析

目前载体的姿态解算已成为捷联式惯性导航系统精确导航的研究热点。为了减少由于陀螺仪漂移带来的航向误差,提出了一种基于启发式漂移消除算法(HDE)的改进航向修正方法。该方法采用四元数法解算载体航向,利用行人在室内环境下,行走直线时航向角偏差直接对行人航向进行修正,然后推算行人航向轨迹。实验采用低成本的智能手机,对比分析了不同采样频率以及二阶龙格-库塔法与四阶龙格-库塔法更新四元数解算航向角的精度,试验结果表明,提高采样频率能减小航向解算误差,提高定位精度。该算法对导航定位研究有一定的参考价值。      

地图匹配辅助的KF-PF室内定位算法模型

针对使用智能手机进行行人航迹推算（pedestrain dead reckoning,PDR）时航向角漂移,定位精度不高,误差累积的问题,提出了一种地图匹配辅助的卡尔曼滤波-粒子滤波（Kalman filter-particle filter,KF-PF）多重滤波算法对PDR算法进行优化。在传统PDR算法的基础上,使用KF融合陀螺仪数据和地图信息解算航向角,然后采用基于地图匹配的粒子滤波算法对轨迹结果进行处理。实验结果表明,该方法消除了航向角误差过大对定位结果的影响,在提高室内定位的灵活性的同时增强了定位的稳定性和精度,并通过地图匹配减少了传统粒子滤波采样点数,降低了运算量,使其在手机平台上实时运行成为可能。     

基于GNSS天线阵列的定姿方法研究

针对车载移动测量系统对运动载体姿态的确定,研究车载全球卫星导航系统(GNSS)天线阵列定姿方法,分析直接法和最小二乘法定姿的姿态解算公式,并进行GNSS天线阵列车载实验. 为得到两种定姿方法的精度,在不同软件定位模式解算的基础上,利用直接法和最小二乘法进行了姿态解算. 实验和分析结果表明:四天线阵列最小二乘法定姿精度优于三天线阵列直接法,可靠性更高;在所有组合中,基于Moving-base定位模式的四天线阵列最小二乘法定姿精度最高,其航向角、俯仰角和横滚角精度分别可达0.066 0°、0.168 4°和0.267 8°.      

基于手机传感器和互补滤波的行人航向解算

目前行人航迹推算逐渐成为室内定位研究与应用的热点。针对利用陀螺仪推算行人航向时存在较大累积误差的问题,本文提出了一种基于智能手机传感器的行人航向解算算法。该算法根据陀螺仪输出的角速度数据与手机传感器参数计算合适的阈值,实时调节PI调节器的误差补偿系数,对预处理后加速度计和磁力计数据解算的航向角进行补偿,并与陀螺仪数据互补滤波融合,得到融合后的航向角。试验基于低成本智能手机,分别在磁场强弱环境下采集手机传感器数据,对比分析本文算法与传统互补滤波算法及九轴数据融合算法在推算行人航向时的精度。试验结果表明,在室内磁干扰较强的环境下,本文算法与传统互补滤波算法、九轴数据融合算法相比定位精度分别提升了68.4%和65.9%,平均航向误差分别减小了3.4°和1.8°,验证了本文算法有较好的抗磁干扰性能,提高了行人航向角解算的可靠性。     

融合轨道轨迹约束的动态单历元整周模糊度解算方法对比分析

GPS动态单历元定位中,高精度定位的关键是整周模糊度的正确解算。针对这个问题,本文利用载波相位双差模型、载波相位联合伪距、宽巷载波联合宽巷伪距、融合轨道轨迹约束条件4种不同的方法解算分析模糊度的浮点解,并用LAMBDA法对模糊度浮点解进行固定,然后以LGO软件的解算结果作为真值,对比分析几种不同方法的实验结果。实验结果表明,解算模糊度的方法不同,模糊度浮点解的精度、分解速度和成功率均不同,宽巷组合的模糊度解算成功率整体高于载波相位联合伪距的解算成功率,而在宽巷组合的基础上增加轨迹作为约束条件后,其模糊度解算成功率进一步得到提高。融合轨道轨迹约束的模糊度分解方法得益于信息量的增加,在一定程度上能够加快模糊度分解的速度。     

线性化误差对于UWB系统定位精度影响分析

针对目前常用的超宽带算法,扩展卡尔曼滤波(EKF)在解算过程中产生的线性化误差,对定位结果产生影响,而无损卡尔曼滤波(UKF)算法可以不进行线性化过程进行解算,避免误差的产生。文中首先对UWB定位系统线性化误差进行分析,在此基础上提出UKF和TDOA相结合的定位模型,通过实验比较两种算法的定位精度。实验结果表明UKF算法定位结果相比于EKF算法在U方向上有明显提升,误差稳定在10 cm之内。同时,通过改变初始坐标偏差,来进一步比较两种算法的定位效果,结果表明,初始偏差设置为0.5 m时,UKF算法比EKF算法U方向精度提升15%;初始偏差设置为1 m时,UKF算法U方向精度提升60%以上;初始偏差设置为5 m和10 m时,UKF算法U方向精度提升可以达到90%。EKF算法会产生不可忽略的线性化误差且误差会随着初始偏差增大而增大,UKF算法则可以保持较好的定位精度和稳定性。     

蓝牙和地图辅助行人航位推算的室内定位系统

针对行人航位推算算法中误差积累的问题,提出并实现了一种蓝牙纠正+地图匹配辅助行人航位推算的室内定位方法:首先通过划分矢量域对手机航向角予以校正,削弱线性矢量域的累积误差,并使用蓝牙信号强度模型反演距离,达到纠正关键点的效果。实验结果表明,该方法在保证了PDR的实时性以及短时间内的高精度性的同时,大幅削弱了PDR的误差,在一定程度上提高了系统整体的精度、可靠性以及抗差性。     

接收信号强度测距法无线室内定位解算方法研究

基于接收信号强度测距的无线室内定位精度受到测距精度和定位算法的影响。本文根据对数路径损耗模型得出距离值的无偏估计,对影响测距精度的因素进行了分析;对3种不同的基本定位解算方法展开了详细分析同时进行了精度评定,并通过仿真数据对不同定位解算方法的精度进行了比较。     

K-means++分区法在密集型测站中的应用研究

GAMIT软件在解算大型密集测站时一般需要进行分区处理,分区解算对结果的精度具有一定的影响。为了解决一般分区方法中长短基线同时存在而导致整网解算精度降低的问题,引入了K-means++算法和Hash算法实现分区,简称为K-means++分区法。首先利用K-means++算法对测站进行聚类,再利用Hash算法进行排序组合,这样能得到分布均匀的子网。文中采用整网解算结果作为标准值,分析区域分区法和K-means++分区法的基线长度、基线精度及三维坐标差,然后再将K-means++分区方法与间距分区法进行对比分析。实验结果表明,该方法比区域分区法精度更高,与现有的间距分区方法精度相持,且比间距分区法要稳定高效。      

一种基于改进UKF滤波的GPS+PDR组合定位方法

针对接收信号质量恶化的环境,提出了一种适用于信号遮蔽环境的改进GPS+PDR组合定位算法。该方法用短时间内的陀螺仪积分数据校正数字罗盘的航向偏差,在一定程度上消除了数字罗盘受到的偶发干扰。采用约束残差的无迹卡尔曼滤波（UKF）算法对GPS和行人航迹推算（PDR）定位信息进行融合处理,有效克服了PDR定位中累积航向误差产生的位置漂移问题,提高了算法的定位精度和稳定性。试验结果表明,改进算法能有效抑制数字罗盘的漂移误差,航向相对误差平均降低56%;行人步行时,GPS定位标准误差为2.67 m,单纯PDR定位标准误差为6.83 m;随机给予若干点GPS数据辅助定位,标准误差降至3.12 m;全程融合GPS与PDR定位,标准误差可降至1.94 m。     

航向测量仪在车载三维信息采集系统中的应用

航向测量仪(Vector Sensor)的作用就是为车载惯导系统初始化提供所必须的航向角;根据不同的应用环境和特性,用航向测量仪获取在各种条件下的航向角数据,通过对这些数据在精度、稳定性以及解算时间等性能上的对比分析,得到该仪器的最佳工作状态,进而获取该状态下的航向数据;通过实际的实验测试,此状态下的数据在精度和稳定性方面都能满足惯导系统的需求。     

多元总体最小二乘在三维坐标转换中的应用

为解决总体最小二乘(TLS)解算三维坐标转换时旋转矩阵线性化导致解算精度降低的问题,提出了能够直接求解旋转矩阵的多元总体最小二乘(MTLS)模型。为了验证多元总体最小二乘坐标转换解算效果,设置了各种坐标转换实验,并与总体最小二乘法进行比较。分析了旋转角度和尺度因子对解算精度的影响,并根据实验结果得出了以下结论:在大角度及独立等权观测条件下,多元总体最小二乘坐标转换解算精度优于总体最小二乘,且算法简单无需迭代,能够实现任意尺度的坐标转换。     

基于移动智能终端的PDR/iBeacon融合室内定位

针对单传感器室内定位存在累积误差大、连续性差的问题，本文顾及行人航迹推算(PDR)与低功耗蓝牙信标(BLE Beacon)良好的互补性，研究了基于移动智能终端的融合PDR/iBeacon的室内定位算法：首先，采用电子罗盘和陀螺仪互补修正航向角法降低了PDR的累积误差，其次结合离线指纹库并利用加权K近邻法实现了iBeacon指纹定位，最后基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)实现了PDR/iBeacon融合定位。两组实测结果表明，相较于传统的PDR,电子罗盘和陀螺仪互补修正航向角方法有效地抑制了航向误差的累积。室内行人航程为39和60 m时，融合PDR/iBeacon定位的平均误差分别为0.560、1.802 m,相比改进的PDR和iBeacon指纹定位精度提高了11.81%、25.53%和26.66%、11.75%。融合PDR/iBeacon的室内定位能降低PDR的误差累积和iBeacon定位的波动性，满足用户室内定位的需求。     

车载三天线GNSS的直接法定姿及精度评估

针对移动测量系统对载体姿态的需求,对车载三天线全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）的直接法定姿进行了研究。分析了定姿的原理,给出了姿态解算公式,并提出一种简便的方法确定航向角的象限,解决了航向角的多值性问题。为了评估该方法的精度,利用车载的三天线GNSS进行了动态实验,采集了动态观测数据,利用直接法对观测数据进行了姿态解算,并用同车搭载的一套高精度惯性导航系统（inertial navigation system,INS）给出的姿态参考值对三天线GNSS定姿的精度和可靠性进行了评估。结果表明,三天线GNSS直接法定姿精度高、可靠性好,并具有计算简便,可避免奇异性问题等优点。     

GPS/INS紧组合导航姿态计算方法选取分析

基于GPS/INS紧组合模式, 研究了方向余弦算法和四元数算法的解算过程, 并通过模拟数据试验, 分析了它们在姿态解算过程中对姿态漂移误差的影响。通过对比可以得出, 四元数法在相同模拟环境和相同解算阶数下, 其姿态解算精度要优于方向余弦算法, 且所用参数和约束方程均少于方向余弦算法。     

室内行人移动行为识别及轨迹追踪

作为室内位置服务的基础,室内定位技术近年来得到了广泛的关注。针对现有室内定位技术存在成本高、精度有限以及效率不足等问题,提出了一种融合人类活动识别、行人航迹推算(pedestrian dead recko-ning,PDR)以及地标匹配修正等技术的室内行人位置推算方法。该方法使用基于智能手机的PDR技术来估算用户的位置信息,而人类活动识别技术则用来感知用户室内移动行为中的特定地标,利用这些地标信息来辅助修正PDR轨迹中产生的累积误差。此外,为了解决用户初始位置未知的问题,引入隐式马尔科夫模型进行推断,并提出了一种顾及室内环境特征的维特比算法来确定用户轨迹。实验结果显示,所提方法在提高室内行人移动行为识别和定位精度的同时,有效实现了用户室内轨迹的追踪。     

基线解算质量与多路径效应影响分析

现主要介绍了双频接收机伪距多路径效应的计算方法,在进行相对定位时,选择较小多路径影响的测站作为参考站,能有效减小多路径误差的影响,提高相对定位结果的精度.通过宜昌地区实测控制网数据,设计实验对比分析了参考站多路径误差对基线解算结果的影响,结果发现参考站伪距多路径效应较小时,基线解算结果精度明显提高,对变形监测和控制网解算具有一定的指导意义.     

基于互补滤波融合WiFi和PDR的行人室内定位

提出了一种基于互补滤波融合Wi Fi和PDR的行人室内定位方法。首先改善Wi Fi位置指纹定位的KNN算法,通过阈值的设定,排除相似度高但实际上不可能的点,获取动态K值;然后通过行人航位推算(PDR)初始化算法,动态轨迹概率计算,确定PDR初始位置;最后在改进的Wi Fi和PDR的定位基础上,基于互补滤波原理,根据Wi Fi和PDR定位的不同特性,利用各自的定位优点,使用Wi Fi定位修正PDR的定位结果,通过相应权重参数的调整,输出最终融合定位结果。试验过程中,选取3种不同的室内环境区域,试验结果证明了该算法可大大提高室内定位的精度和稳定性。     

顾及参考深度误差的海底控制点迭代算法

针对参考深度误差引起的垂向定位误差问题,提出了顾及参考深度误差的海底控制点迭代算法。首先,分析了参考深度设置不准确对定位结果的影响;其次,对传统控制点解算模型进行了改进,将参考深度加入解算过程的参数更新之中;最后,通过三组不同水深环境仿真实验进行验证,结果表明,268 m和3 000 m水深环境下参考深度误差对垂向定位准确性影响明显,采用新方法可有效提高垂向解的准确性,1 082 m水深环境下参考深度误差对定位结果的影响较小。     

一种顾及几何精度因子的GNSS控制网构型选站方法CSCD

在相对定位基线解算过程中,控制网约束点坐标位置的选取对数据解算精度有一定的影响.讨论了顾及最小几何精度因子(GDOP)值控制网构型选站方法,对全球MGEX(Multi-GNSS Experiment)测站进行6个约束点基准站的选择,利用北斗二号/北斗三号(BDS2/BDS-3)的实测数据,对全球18个连续监测评估系统(iGMAS)观测站的站坐标进行解算,并与全球格网化随机选站法选站结果的解算精度进行对比.实验结果表明:相较于格网化随机选站法,采用顾及GDOP值选站法进行相对定位基线解算时,6000 km以上的基线长度标准差值能够提高约7 mm;长基线在东(E)、北(N)、天顶(U)三方向的标准差值精度提升约5 mm;待定点的点位精度能够提升约40%.可以看出采用GDOP法选站可以提高BDS-2/BDS-3相对定位解算精度.