[发明专利]一种附加航向约束的PPP/AHRS松组合定位方法

说明书

本发明公开了一种附加航向约束的PPP/AHRS松组合定位方法。本方法旨在运用数据处理的基本理论，对PPP的各项误差建立精确地修正模型，同时引入AHRS提供的航向信息作为航向约束，利用卡尔曼滤波进行位置解算。随后，与AHRS解算出的位置作差以获得位置偏差，作为组合导航融合滤波器的观测值，通过组合滤波算法得到相关误差状态，并将得到的误差再反馈给PPP，完成位置更新。本发明解决了PPP/MEMS松组合方法收敛时间长的问题，保证了定位的连续性，适应了导航的实际运行要求。

技术领域

本发明涉及一种组合导航定位技术，尤其涉及一种附加航向约束的PPP/AHRS松组合定位方法。

背景技术

精密单点定位(Precise Point Positioning，PPP)技术可以为全球用户提供高精度的位置服务，而被广泛应用于动力定位、水文测量以及智能交通等领域。然而，精密单点定位技术具有较长的初始化时间，且其定位连续性会受到隧道、城市峡谷以及电磁干扰等典型导航环境的影响，如何提升PPP的收敛时间并保障定位的连续性已成为迫切需要解决的问题。MEMS 辅助PPP的松组合定位方法可以免受隧道、城市峡谷以及电磁干扰等典型导航环境所导致的定位连续性下降问题，具有结构简单、易于工程实现等优点而受到广泛应用。

目前，常用的PPP/MEMS松组合定位方法是利用PPP和MEMS分别解算出的位置和速度信息作差以获得位置和速度偏差，作为组合导航融合滤波器的观测值，通过组合滤波算法得到相关误差状态，并将得到的误差再反馈给PPP或MEMS，但是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。此外，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，可以作为辅助PPP的约束条件，为PPP/MEMS松组合定位方法提供了新的思路。综上所述，设计一种新型可加快PPP收敛时间的PPP/AHRS松组合定位方法具有迫切性。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种保障定位连续性的同时，改善 PPP收敛性能的附加航向约束的PPP/AHRS松组合定位方法。该方法旨在运用数据处理的基本理论，对PPP的各项误差建立精确地修正模型，同时引入AHRS提供的航向信息作为航向约束，利用卡尔曼滤波进行位置解算。随后，与AHRS解算出的位置作差以获得位置偏差，作为组合导航融合滤波器的观测值，通过组合滤波算法得到相关误差状态，并将得到的误差再反馈给PPP，完成位置更新。在保障定位连续性的同时，改善PPP收敛性能。

为解决上述技术问题，本发明的一种附加航向约束的PPP/AHRS松组合定位方法，包括以下步骤：

步骤1：基于GNSS接收机的PPS信号，使得GNSS接收机与ARHS的时间同步，获得GNSS广播星历电文和导航电文并解析，输出AHRS测量的位置及航向信息；

步骤2：利用实时精密卫星轨道及钟差产品以及精密的数学模型，完成GNSS伪距和载波相位原始观测量中误差项的修正，获得修正后的伪距和载波相位观测量；

步骤3：根据步骤2修正后的伪距和载波相位观测量进行最小二乘，在首次定位时，利用全部状态量作为当前时刻状态预测的一部分；反之，利用计算的三维位置及接收机钟差作为当前时刻状态预测的一部分，其余状态预测与上一时刻相同；

步骤4：采用步骤1中AHRS输出的航向信息以及步骤2中修正后伪距和载波相位观测量作为量测信息，其中，为载体航向量测信息，航向约束表达式如下：

式中，v_e和v_n分别代表东向和北向的速度分量；

步骤5：根据步骤3构造状态预测方程和步骤4构造的构造量测方程，对PPP进行扩展 Kalman滤波，求出当前时刻的位置信息；