[发明专利]GNSS RTK与INS半紧组合定位导航方法、装置和系统

说明书

本发明公开了一种GNSS RTK与INS半紧组合定位导航方法、装置和系统。其中，该方法包括：采用多频多系统RTK确定双差观测值，将电离层延迟参数和对流层延迟参数加入第一卡尔曼滤波器的状态量来更新第一卡尔曼滤波器，以得到固定的双差模糊度；根据惯性测量单元IMU的测量值计算预测的双差距离；根据双差观测值、固定的双差模糊度、电离层延迟参数、对流层延迟参数以及预测的双差距离对第二卡尔曼滤波器进行更新，以得到移动端当前的定位导航信息。本发明通过将电离层和对流层参数引入到半紧组合卡尔曼滤波状态量中，能够剔除长基线或电离层活跃时电离层及对流层对RTK的影响，提高模糊度固定率。

技术领域

本发明实施例涉及导航定位技术领域，尤其涉及一种长基线或电离层活跃时GNSSRTK与INS半紧组合定位导航方法、装置和系统。

背景技术

实时动态定位（RTK，Real - time kinematic）技术是一种基于全球导航卫星系统（GNSS，Global Navigation Satellite System）的高精度定位技术，可以在室外区域提供厘米级导航定位服务。模糊度解算是GNSS定位算法中最大的难点之一。而RTK定位算法使用了双差运算，能够有效消除大气延迟、钟差等误差，从而具备快速固定模糊度的优势，成为了当今工业界应用最广的GNSS定位技术。在电离层扰动不严重的开阔条件下，RTK可以在短基线测量任务中实现快速甚至瞬时模糊度固定。随着RTK定位算法的不断成熟，硬件模块的小型化，这项技术越来越广地被应用于自动驾驶、无人机等新兴领域中。

由于GNSS在城市地区和其他遮挡环境中面临信号传播受阻和多径等问题，惯性导航系统（INS，Inertial Navigation System）被常用于辅助它。GNSS/INS组合导航系统是一种典型的组合导航系统，包括松耦合、紧耦合和超紧耦合（或深耦合）的组合导航系统，在学术界已经被研究了数十年，近年来在工业界也开始被广泛使用。对于RTK/INS组合导航系统，目前使用较多的是松组合，而紧组合的模型也通常只适用于短基线和电离层不活跃的场景。

对于长基线和电离层活跃的情形，RTK中使用的双差观测值并不能有效消除电离层和对流层引起的延迟（尤其是电离层），需要额外解算这些延迟量，才能获得高精度的固定解。在不借助其他传感器辅助的情况下，可以使用无电离层组合或弱电离层组合等方式来消除或减弱电离层的影响，也可以在扩展卡尔曼滤波（EKF，Extended Kalman Filter）中估计电离层延迟。无电离层组合可以彻底消除电离层延迟中的低阶项，但是破坏了模糊度的整数特性，后续还需要解算宽巷、窄巷模糊度，算法繁琐且固定难度大；弱电离层组合虽然计算复杂度小，但是需要五频观测值，在普通的RTK应用中难以实现；而如果单纯使用RTK估计电离层延迟，则有可能因为卫星数量不足而导致秩亏问题，而且难以发现其中的粗差。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种GNSS RTK与INS半紧组合定位导航方法、装置和系统，通过将电离层和对流层参数引入到半紧组合卡尔曼滤波状态量中，用于剔除长基线或电离层活跃时电离层及对流层对RTK的影响，提高模糊度固定率。

第一方面，本发明实施例提供一种GNSS RTK与INS半紧组合定位导航方法，包括：

S1、采用多频多系统RTK确定双差观测值，将电离层延迟参数和对流层延迟参数加入第一卡尔曼滤波器的状态量来更新第一卡尔曼滤波器，以得到固定的双差模糊度；

S2、根据惯性测量单元IMU的测量值计算预测的双差距离；

S3、根据双差观测值、固定的双差模糊度、电离层延迟参数、对流层延迟参数以及预测的双差距离对第二卡尔曼滤波器进行更新，以得到移动端当前的定位导航信息。

可选的，所述S1包括：

S11、选择参考星，将载波相位和伪距观测值进行双差处理，以得到双差观测值；

S12、根据广播星历计算出每一颗卫星的当前时刻位置；