城市环境下智能手机车载GNSS/MEMS IMU紧组合定位算法

针对城市环境下卫星信号遮挡严重,智能手机全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)定位难以保证连续性和可靠性的问题,提出了一种基于智能手机内置传感器数据的GNSS/微机械惯性测量单元（microelectro-mechanical system inertial measurement unit,MEMS IMU)紧组合车载导航算法。算法使用惯性导航系统机械编排进行时间更新,在车辆运动模型约束的基础上,使用伪距、多普勒频移和载波相位时间差分计算的航向角作为观测值进行测量更新。采用3部不同型号的智能手机进行车载试验分析,结果表明：城市场景下紧组合滤波定位算法平面位置精度统计约为5～6 m,高程方向约为5 m,且在GNSS信号失锁的隧道场景下具有短时间推算功能。该算法受GNSS观测条件的影响较小,大幅提升了城市复杂环境下智能手机车载定位的连续性和可靠性。     

组合Baarda数据探测法与ESD检验法探测伪距粗差的新方法

在采用GNSS技术进行卫星导航定位过程中,伪距观测值粗差会污染定位观测模型,造成定位精度下降。本文提出了一种融合Baarda数据探测法和ESD检验法两种方法进行组合探测伪距观测值粗差的新方法,实验证明,该方法可以有效控制伪距粗差的影响,保障伪距单点定位的精度和可靠性。     

GVIL：基于图优化的GNSS PPP/视觉/惯性/激光雷达紧组合算法

高精度定位与导航服务在移动机器人、无人机与自动驾驶等新兴领域中发挥着至关重要的作用。视觉/惯性/激光雷达组合算法相较于视觉/惯性组合算法,可同时利用环境的空间结构与纹理信息以实现更为鲁棒的位姿估计结果,然而其在大尺度场景下仍存在误差累计问题。为此提出了一种全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）精密单点定位（precise point positioning,PPP）/视觉/惯性/激光雷达紧组合算法。该算法首先通过4种传感器的联合初始化,实现了不同传感器空间基准的统一;然后,用双频无电离层组合后的GNSS伪距、相位观测值与视觉、惯性、激光雷达原始观测值共同构成误差因子;最后,通过基于关键帧与滑动窗口的因子图优化实现了全局位姿的精确、鲁棒估计。经车载实验验证,所提出的GNSS PPP/视觉/惯性/激光雷达紧组合算法通过4种传感器在原始观测值层面的组合,可以显著提升系统在复杂环境下的位姿估计的精度、连续性与可靠性,实现无缝导航。     

GNSS实时周跳修复算法与精密单点定位测试分析

全球卫星导航系统(GNSS)能够为用户提供定位、导航和授时(PNT)服务,被广泛应用于国防安全保障和国民经济建设中. 实时精密单点定位(RT-PPP)是一种高精度卫星导航定位方法,针对信号中断导致的重新初始化时间长的问题,提出一种基于历元间差分伪距和载波相位观测量的周跳修复算法,设计了一种RT-PPP算法,并介绍其实现流程. 采用国际GNSS服务(IGS)观测站数据进行周跳修复实验,成功率在99%以上,缩短了重新收敛时间. 在楼顶进行推车实验,RT-PPP在水平方向定位精度优于1 cm,高程定位方向精度为2~3 cm.      

低成本μ-blox单频多系统GNSS接收机的定位性能分析

随着大众市场对高精度定位需求增加,基于低成本小型化设备的全球卫星导航系统(GNSS)高精度定位成为研究热点之一. 本文以低成本多系统GNSS接收机μ-blox M8P型号为例,分析其观测数据质量,研究其伪距单点定位和单频载波相对定位的定位性能和特点,为低成本GNSS接收机高精度定位应用提供参考. 实验结果表明,与测量型接收机相比,μ-blox输出GNSS观测值的载噪比略小,伪距和载波相位的测量噪声较大. 静态模式下,μ-blox的单频载波相对定位(基线长度约为430 m)可以提供厘米级的定位精度;城市环境动态模式下,其单频载波相对定位可提供亚米级至米级的定位精度. 信号受限环境下,GPS／GLONASS双系统能够提供更稳定的定位结果.      

谷歌Nexus 9智能终端原始GNSS观测值的质量分析

从信噪比、伪距残差、相位残差等方面对开阔环境下的静态谷歌Nexus 9智能平板终端的原始全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）观测数据质量进行了分析评估，结果表明，Nexus 9平板的全球定位系统（Global Positioning System，GPS）、GLONASS观测值的信噪比比测量型接收机低10 dBHz左右；伪距精度分别为5.43 m、11.39 m，相位精度分别为4.44 mm、4.99 mm；相对于高度角来说，信噪比与伪距残差的相关性更强，更能反映观测数据的质量。在此基础上给出了信噪比定权的随机模型，并进行了开阔环境下的伪距单点定位测试。实验结果表明，基于信噪比定权的单点定位平面精度为2.74 m，高程精度为4.56m，比高度角定权精度提高了约26%。     

不同型号GNSS接收机RTK测量精度分析

接收机是全球导航卫星系统实现导航定位的终端仪器,不同型号GNSS接收机RTK测量精度与周围环境条件相关。选取4种不同型号的双频GNSS接收机,分别在良好的观测环境和特殊观测环境下,采用CORS模式进行RTK观测,并对观测数据进行粗差检验和处理,分析其测量精度及影响因素,结果表明不同型号GNSS接收机在不同环境下RTK测量精度和稳定性有所差异,不同观测环境对接收机RTK测量精度影响程度不一致,以期为工程实践中仪器的选择提供参考。     

单频到五频多系统GNSS精密单点定位参数估计与应用

全球导航卫星系统(GNSS)已发展至多频多系统时代,特别以我国北斗卫星导航系统(BDS)为代表的四大全球导航卫星系统可全天时、全天候播发十几个频率的伪距、相位和多普勒等观测信息。多频多系统GNSS为用户提供更多的观测数据和组合选择,为精密定位、导航和授时(PNT)应用带来了新的机遇,如高精度位置服务、大地测量、空间天气和灾害监测等。但多频多系统GNSS观测为精密单点定位(PPP)组合模型和系统偏差及大气延迟估计等带来诸多问题和挑战。本文给出了单频到五频多系统GNSS精密单点定位(PPP)模型,估计和评估了单频到五频多系统GNSS PPP定位精度、接收机钟差、对流层延迟、卫星和接收机硬件延迟,以及频间偏差。给出了GNSS PPP最新应用进展,包括GNSS气象学、电离层模拟、时间频率传递、建筑物安全和地震监测及其应用。结果表明,多频多系统极大地提高了GNSS PPP参数估计的精度和可靠性,具有重要的应用价值。最后给出了多频多系统GNSS PPP应用前景与展望。     

一种新的利用历元间位置变化量约束的GNSS导航算法

目前常用相位或多普勒观测值平滑伪距的方式提高全球导航卫星系统(global navigation satellite system, GNSS)的导航性能。然而在城市环境下,GNSS观测信号中断严重,且行人等载体运动具有很大随机性,常规的相位平滑伪距或者常速度/常加速度导航算法效果有限。因此,提出了一种基于历元间载体位置变化量约束的单机GNSS导航算法,该算法利用历元间相位差分观测值计算高精度历元间位置变化量,并以此描述载体的运动,构建滤波模型的状态方程,同时利用伪距观测值构建观测方程,采用扩展卡尔曼滤波实时估计载体的位置。实验使用低成本的单频u-blox接收机实测数据,结合该算法进行导航解算。结果表明,静态情况下,导航结果的平面精度优于0.56 m;在动态情况下,平面精度优于1.0 m。在使用基站播发的GNSS差分改正数后,导航平面精度、垂向精度分别提高约49%、46%。该算法性能可靠,即使前后历元仅有4颗卫星连续观测,仍能够提供连续、平滑的实时定位结果,为用户提供更优的导航体验。     

亚太地区BDS-3/GNSS组合系统单频单点定位性能分析

针对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)向全球提供定位、导航和授时(PNT)服务后的定位性能评估问题,基于MGEX (Multi-GNSS Experiment) WHU2站7天实测数据,从可视卫星数、几何精度衰减因子(GDOP)、定位精度、定位成功率和伪距残差方面分析了BDS-3及BDS/GNSS组合伪距单点定位(SPP)性能. 结果表明:在亚太地区,BDS-3具有比美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo更优的SPP性能,其水平、垂直和三维精度分别为1.19 m、2.34 m、2.38 m,三维精度比北斗二号卫星导航系统(BDS-2)、GPS、GLONASS和Galileo 的SPP精度分别提升了54.8%、27.2%、86.4%和1.2%. 此外,BDS/GPS/Galileo组合能获得最优的SPP精度,其水平、垂直和三维精度分别为0.96 m、1.66 m、1.77 m,相较于BDS-2/BDS-3 SPP分别提升了18.6%、19.4%和17.3%.      

双目视觉辅助GNSS在恶劣环境下导航定位

视觉里程计能够在复杂环境下提供短时间的高精度导航定位,全球卫星导航系统（GNSS）具有全天候、全球性和误差不随时间积累的特性,但是在恶劣环境多路径效应下,GNSS定位精度会变差甚至不可用. 为了研究在复杂环境下视觉里程计辅助GNSS导航定位技术,首先介绍了视觉里程计的导航定位原理;然后在卡尔曼滤波器中将GNSS定位结果和视觉里程计定位结果进行了松组合处理;并利用视觉里程计定位结果和预测的视觉里程计误差实现了GNSS在恶劣环境下的导航定位. 基于KITTI数据集的模拟验证结果表明,设计的组合方案能够在恶劣环境下持续提供可靠的导航定位.      

基于空间双曲交会的GNSS伪距单点定位算法

针对GNSS卫星导航中的伪距单点定位,提出一种不需要测站坐标近似值的非迭代算法。该算法将GNSS伪距导航定位方程转化为空间双曲定位方程,给出具体的解算步骤,研究了空间双曲定位方程的解(有两解),利用GNSS伪距导航定位的特点可消除多值性,从而实现无初值GNSS伪距单点定位。该算法与Bancroft算法相比,通过星间单差,与测站有关的公共误差项被消去,提高了定位精度;与传统的迭代算法相比,提高了计算效率,而且不需要测站坐标初值。最后通过IGS监测站实测数据对3种算法进行比较,验证了算法的有效性。     

CNMC方法改进北斗/伪卫星协同定位精度分析

目前北斗卫星导航系统在轨卫星数量有限,在山坳及高楼林立的"城市峡谷"等特殊环境中,卫星信号易受遮挡造成用户定位精度降低或中断用户定位的连续性,通过加入伪卫星可有效减弱用户可见北斗卫星数目不足的问题。在北斗卫星和伪卫星协同定位中,需要正确处理北斗卫星和伪卫星伪距观测值中的多路径,以获取更好的定位精度。目前CNMC方法可有效减弱北斗卫星伪距观测值中的多路径影响,但由于信号传播路径不同所导致的观测误差特性不同,该方法不能直接应用于伪卫星的伪距数据处理中。针对伪卫星多路径处理问题,本文对CNMC方法进行了改进。在实际伪卫星试验场中进行了北斗/伪卫星动态协同定位试验,结果表明:使用CNMC方法对北斗卫星和地面伪卫星的伪距观测值处理后,三维定位精度由2.326m改进到了1.936m,定位稳定性也得到提升。     

城市环境下GPS/BDS融合伪距定位性能分析

观测环境的优劣对卫星定位结果有着显著影响,城市环境信号遮挡强、多路径效应明显,导致定位连续性差、可靠性低。文中讨论GPS/BDS时空系统统一以及融合解算中伪距定位数学模型,利用香港地区城市环境实测数据对GPS/BDS双系统融合伪距定位结果与GPS、BDS单系统在可见卫星数、PDOP值、定位连续性、可靠性等方面进行比较分析。结果表明:多系统融合伪距定位相比单系统增加可见卫星数,减小PDOP值,明显改善城市环境定位连续性,小幅度提高定位精度。     

城市场景智能手机GNSS/MEMS融合车载高精度定位

智能手机凭借其普遍性、便携性和低成本等优势,已成为大众用户导航与位置服务的主流终端载体,其多频多系统GNSS（global navigation satellite system）观测值的开放进一步激发了手机高精度定位的研究。然而,受限于消费级GNSS器件性能,手机卫星观测值呈现出信号衰减严重、伪距噪声大、粗差周跳多等问题;并且受城市复杂环境影响,手机GNSS定位的连续性、可靠性也难以保证。提出一种城市场景手机GNSS/ MEMS（micro-electro mechanical system）融合的车载高精度定位方案。首先,构建了速度约束的GNSS差分定位模型;然后,通过手机内置MEMS与车辆运动约束,在挑战环境下进行GNSS/MEMS融合精密定位。实验结果表明,在开阔和树荫场景下,速度约束方法可达到分米至米级定位精度,相比于常规方法分别提升了35.2%和78.9%;在高架场景下,GNSS/MEMS融合定位的精度和连续性均提升显著;在隧道场景下,MEMS推算位置累积误差约为2.5%。实验结果初步表明,手机GNSS具备开阔环境下的车道级定位能力,手机GNSS/MEMS融合可提升城市复杂环境下车载定位的精度和连续可用性。     

BDS-3/GPS在遮挡环境下定位性能分析

针对在全球卫星导航系统(GNSS)信号易遮挡地区,单一系统可见卫星数较少,定位性能不理想甚至难以满足定位需求的问题,分析北斗三号(BDS-3)在不同区域遮挡环境下对定位性能的改善. 通过全球不同区域MGEX(Multi-GNSS Experiment)监测站的观测数据,采用GPS、BDS-3、BDS-3/GPS组合定位三种模式,在不同模拟遮挡环境下进行伪距单点定位,分析了各模式下可见卫星颗数、历元利用率、几何精度衰减因子(GDOP)值和定位精度. 结果表明:在北半球区域,相较于其他方向遮挡,GPS模式在低纬度地区南面遮挡的定位稳定性和精度最高,在中高纬度地区北面遮挡的定位稳定性和精度最高,BDS-3和BDS-3/GPS组合模式在低纬度地区各方向遮挡定位精度相当,在中纬度和中高纬度地区,北面遮挡的精度明显优于其他方向遮挡的定位精度. BDS-3/GPS组合定位模式,大大增加了可见卫星颗数,历元利用率提高,卫星空间几何结构改善,GDOP值降低,稳定性和定位精度明显优于单系统.      

GPS/GLONASS组合单点定位及精度分析

介绍了基于广播星历的GPS/GLONASS组合导航单点定位的数学模型,分析了组合导航的技术难点。在GPS伪距法单点定位的基础上进行组合导航定位,其中GLONASS卫星坐标运用四阶龙格—库塔(Runge-Kutta)数值积分方法求得,利用一种新的不需要进行轨道拟合的编程方法来进行计算。以IGS跟踪站提供的观测数据为例,分别采用GPS、GLO-NASS和GPS/GLONASS三种方式组合进行伪距法单点定位,同时比较分析了不同权重选择对组合定位精度的影响。     

建筑塔机吊装作业GNSS精准定点放样

GNSS是塔机精准管控重要传感器之一，基于伪距的米级定位因精度低不适应智能化塔机发展要求，为提高塔机GNSS位置定位精度，本文利用一种基于GNSS载波相位观测值的精密定位方法，提出一种GNSS精准定点放样方法，应用于建筑塔机智能指挥中。设计并开发了一套基于GNSS的塔机吊装作业定点放样辅助系统（GNSS_PLS）。初步试验结果表明：GNSS_PLS系统的智能指挥精度在厘米级水平，本文算法是行之有效的。     

BDS+GPS手持机支持下的网格伪距差分定位

我国各省CORS站建设逐步完善,以及我国BDS卫星导航系统在亚太区域提供服务,促进了BDS+GPS双模融合伪距差分定位的研究和发展。目前,在PC机上伪距差分定位早已实现,且算法也已经比较成熟,但在移动终端上进行BDS+GPS双模融合伪距差分定位向用户提供服务方面还比较薄弱,针对这一问题,本文提出了将网格伪距差分定位算法嵌入到手持机,并且实现了手持机实时网格伪距差分定位。本文阐述了方法原理并进行了车载试验分析,结果表明,在与TBC软件动态解算结果作为已知准确值的外符合精度方面,手持机BDS+GPS双模融合网格伪距差分定位结果的水平精度为0.522 1 m,在水平方向上可以达到亚米级定位精度。     

GNSS/INS组合导航系统定位精度分析

GNSS/INS组合导航系统近年来得到了快速发展,应用领域越来越广泛。组合导航的定位精度是一个重要的研究方向,本文将应用于航空遥感领域的高精度GNSS/INS组合导航系统放置在地面平台上,采集试验数据,通过与NRTK定位结果比较,对组合导航系统定位精度进行分析,得出GNSS/INS组合导航系统的定位精度可达到厘米级的试验结论。