[发明专利]一种基于GPS+BDS PPP/IMU紧组合的列车定位方法

权利要求书

1.一种基于GPS+BDS PPP/IMU紧组合的列车定位方法，其特征在于，包括：

在列车运行过程中，从列车接收机获取卫星观测数据，从国际GNSS服务组织IGS获取卫星轨道数据；

根据精密单点定位误差模型对所述卫星观测数据和卫星轨道数据进行误差校正；

构建GPS+BDS PPP/IMU紧组合模型，采用精密单点定位模型将误差校正后的卫星观测数据作为量测，通过非线性卡尔曼滤波器求解所述GPS+BDS PPP/IMU紧组合模型，滤波估计解算列车的位置信息，具体包括：

构建GPS+BDS PPP/IMU紧组合模型，将IMU输出的结果转化为伪距和伪距率，与接收机获取的伪距和伪距率做差得到卡尔曼滤波中的测量值；

惯导递推更新包括姿态、速度和位置三个方面的更新：

其中，b指载体坐标系，n指导航坐标系，和指姿态四元数和其变化率，vⁿ和分别是速度和速度变化率，pⁿ和分别是位置和位置变化率，是角速度的斜对称矩阵，fⁿ是加速度计测量值，gⁿ是当地重力加速度，和分别是相对于惯性坐标系和地心地固坐标系的角速度；

实时非线性卡尔曼滤波器的状态向量、系统的测量矩阵、系统的测量值、测量噪声协方差，如下所示：

状态向量包含列车状态信息，惯导器件误差和无法模型化校正的未知参数，表示为：

其中，δp表示三维位置误差，δv表示三维速度误差，表示三维姿态误差，ε表示加速度计器件误差，表示陀螺仪器件误差，l表示IMU和GNSS之间的杆臂，ΔN_IF表示消除电离层误差后的载波相位模糊度差，α和β分别是当前历元GPS和BDS的参考卫星，p和q分别是当前历元GPS和BDS除参考卫星外的可观测卫星总数，Δd_wet表示对流层湿分量；

测量矩阵为：

其中，是地心地固坐标系到导航坐标系的姿态转换矩阵，M_wet是对流层湿分量系数，e是表示卫星-用户速度差沿视线方向单位矢量投影；

其中，(x_s,y_s,z_s)和(x_r,y_r,z_r)分别为卫星和接收机的三维坐标；

测量值为星间单差消除电离层后的载波相位和伪距率之差：

其中：表示根据惯导递推结果计算出来的载波相位和伪距率，表示如下：

其中，v_s是卫星速度，v_I是惯导递推得到的速度；

因为量测中对载波相位和伪距率都进行了星间单差的操作，所以测量噪声协方差矩阵写为：

其中，和分别表示GPS或BDS的载波相位和伪距率的先验噪声方差；根据非线性卡尔曼滤波器解算出的列车状态信息反馈校正惯性传感器的输出结果，获取实时的列车位置信息；

所述的根据精密单点定位误差模型对所述卫星观测数据和卫星轨道数据进行误差校正，包括：

列车运行过程中，卫星信号的载波相位和伪距率观测方程如下所示：

其中：s表示GPS或者BDS卫星，φⁱ表示卫星i的载波相位观测值，Dⁱ表示卫星i的伪距率观测值，ρⁱ表示卫星i到列车接收机的几何距离，表示列车实际运行过程中电离层延迟，表示列车实际运行过程中对流层延迟，c表示光速，dt_r表示接收机的时钟误差，dt^S,i表示卫星i的时钟误差，Nⁱ表示卫星i的模糊度，λ表示载波相位的波长，表示残差；

在以上观测方程基础上，使用消电离层组合消除电离层延迟，则观测方程改写为：

其中：f₁、f₂为GNSS信号频率，λ₁、λ₂分别为频率f₁、f₂信号的波长，和分别为消去电离层延迟之后的载波相位和伪距率观测值，和分别为频率f₁、f₂信号的载波相位观测值和伪距率观测值，表示卫星i消除电离层延迟的模糊度；

将消除电离层组合的观测值相减，消除接收机钟差；

将高度角最优的卫星m选为参考卫星，那么卫星i相对于卫星m观测值的单差为：