一种复杂环境下的多源组合导航定位方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114545475A(43)申请公布日2022.05.27(21)申请号202210043088.X(22)申请日2022.01.14(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人孙蕊黄薛东邱明蒋磊程琦(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237专利代理师胡建华(51)Int.Cl.G01S19/48(2010.01)G01S19/49(2010.01)G01C21/00(2006.01)G01C21/20(2006.01)权利要求书6页说明书14页附图1页(54)发明名称一种复杂环境下的多源组合导航定位方法(57)摘要本发明公开了一种复杂环境下的多源组合导航定位方法，属于卫星定位导航的技术领域。城市环境下全球导航卫星系统信号容易被周边建筑物反射或遮挡，单纯的全球导航卫星系统定位在城市环境中的精度及可靠性会显著降低。本发明通过在线诊断系统、多普勒频移测量、惯性测量元件分别获取的载体速度利用卡尔曼滤波进行紧耦合，并输出速度估计量；通过经典的载波平滑伪距算法Hatch滤波改进伪距观测的精度，并解算载体位置，当全球导航卫星系统信号不可用时，卡尔曼滤波器输出的速度估计作为Hatch滤波的更新替代，从而保证了载波平滑伪距定位的连续性，最终提高了城市环境的定位精度及可靠性。CN114545475ACN114545475A权利要求书1/6页1.一种复杂环境下的多源组合导航定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，全球导航卫星系统及多传感器测量观测，所述多传感器包括全球导航卫星系统接收机、惯性导航系统、在线诊断系统和气压高度计；步骤2，去除卫星信号载噪比低于阈值的卫星；步骤3，多普勒频移测速与气压高度解算，得到高度信息；步骤4，速度卡尔曼滤波，获取在线诊断系统的速度、力学编排以及多普勒频移速度，并输出速度估计，得到姿态和速度信息；步骤5，利用Hatch滤波获取载波平滑伪距并进行位置解算，得到位置信息；步骤6，将步骤5中得到的位置信息，步骤3中得到的高度信息，步骤4中得到的姿态和速度信息输入无迹卡尔曼滤波，对力学编排进行误差反馈，最终获取载体的位置和速度信息，完成城市环境下的组合导航定位。2.根据权利要求1所述的一种复杂环境下的多源组合导航定位方法，其特征在于，步骤1包括：步骤1‑1，在城市环境下，通过全球导航卫星系统载体接收机u与参考站接收机r获取第k颗卫星的多普勒频移测量为和获取载波相位测量为和获取伪距观测量为和获取当前的卫星集合即卫星数量，以及卫星信号载噪比；步骤1‑2，计算载波相位测量单差：计算载波相位测量双差：计算载波相位测量三差：计算伪距测量单差：计算伪距测量双差：计算多普勒频移单差：计算多普勒频移双差：其中，Δ为载体u与参考站r间的测量进行差分，为针对不同卫星k,l之间的测量进行差分；步骤1‑3，通过气压高度计获取环境气压P(t)和温度T0(t)，通过载体在线诊断系统获取载体相对于载体坐标系的速度惯性测量元件获取载体在北、东和地方向的比力[fN2CN114545475A权利要求书2/6页fEfD]与角速度。3.根据权利要求2所述的一种复杂环境下的多源组合导航定位方法，其特征在于，步骤2包括：根据历史观测数据确定卫星信号载噪比阈值β，将所有卫星的卫星信号载噪比与阈值β进行比较，所有卫星信号载噪比大于β的卫星保存在A1集合，剔除所有卫星信号载噪比低于β的卫星。4.根据权利要求3所述的一种复杂环境下的多源组合导航定位方法，其特征在于，步骤3包括：步骤3‑1，多普勒频移测速，方法如下：其中，为t时刻载体u至第k颗卫星的矢量，为t时刻载体u至第k颗卫星以及第l颗卫星的矢量之差，为针对时间t求导，为导航坐标系至地心地固坐标系的转换矩阵，为载体u在导航坐标系下的速度估计，为载体u相对参考站r的位置后验估计，为多普勒三差测量值，εD(t)为多普勒频移噪声，为多普勒频移噪声三差，xu(t)为载体位置；步骤3‑2，利用国际标准大气模型计算气压高度，方法如下：h(t)＝A(t)+N(t)+εh(t)其中，A(t)为气压高度，T0(t)为当地海平面的绝对温度，P0(t)为当地海平面的气压，P(t)为实测气压，γ、R和g为相应的物理常数，εA(t)为气压高度计误差，N(t)为大地水准面高，h(t)为椭球高度，εh(t)为椭球高度误差。5.根据权利要求4所述的一种复杂环境下的多源组合导航定位方法，其特征在于，步骤4包括：步骤4‑1，构建状态向量X如下：其中，为相对于导航坐标系的速度误差，δVN、δVE和δVD分别为北向、东向和地向的速度误差；φ＝[φNφEφD]为使用欧拉角表示的姿态误差，φN、φE和φD分别为北向、东向和地向的姿态误差；为加速度