[发明专利]一种惯性辅助的GPS/BDS融合大比例尺快速宗地测量装置与方法

摘要

本发明公开了一种惯性辅助的GPS/BDS融合大比例尺快速宗地测量装置与方法，惯性辅助的GPS/BDS融合大比例尺快速宗地测量装置包括捷联惯导模块(3)、GNSS OEM板卡(2)、手簿控制端(100)以及FPGA核心板卡(4)；该宗地测量方法集成连续跟踪卫星信号、惯性导航定位输出，基于秒脉冲信号实现数据的同步与集成，采用载波相位观测值进行紧组合定位解算，实现惯性辅助的GPS/BDS融合模糊度解算，并采用部分模糊度固定策略，有利于提高模糊度固定的成功率，该方法能够显著提高系统在遮蔽、半遮蔽区的定位精度和可靠性。本发明能够应用于各种实地宗地测量环境，很好的提高宗地测量作业的效率。

主权项

1.一种惯性辅助的GPS/BDS融合大比例尺快速宗地测量装置，其特征在于，包括捷联惯导模块(3)、GNSS OEM板卡(2)、手簿控制端(100)以及FPGA核心板卡(4)；捷联惯导模块(3)用于采集惯性测量信息，输出包括加速度、角速度在内的惯导观测数据到FPGA核心板卡(4)，GNSS OEM板卡(2)用于完成高精度GNSS信号的接收与处理，输出包括伪距、相位、时间在内的GNSS观测数据到FPGA核心板卡(4)；FPGA核心板卡(4)用于标定惯导数据时间以及进行GNSS观测数据与惯导观测数据的数据融合，通过通讯模块(8)传输到手簿控制端，手簿控制端(100)包括捷联解算模块(9)、惯导辅助部分模糊度固定模块(10)、组合滤波模块(11)；捷联解算模块(9)利用惯导数据进行捷联解算，惯导辅助部分模糊度固定模块(10)用于在卫星信号重新捕获后，利用惯导输出的定位信息进行部分模糊度固定，输出高精度相位信息；组合滤波模块(11)集成高精度相位信息和惯导输出进行GNSS/INS组合滤波；手簿控制端还接收GNSS原始观测信息与惯性测量信息，采用载波紧集成技术进行综合解算，同时进行点位信息存储与显示；惯导辅助部分模糊度固定模块(10)利用惯导输出的定位信息进行部分模糊度固定：1)首先同步接收参考站和移动站GNSS载波相位和伪距观测信息，形成双差观测值式中，为双差算子，“*”表示GPS“G”或北斗“C”，ρ和φ为伪距观测值和载波观测值，星地距为ρ₀，T表示对流层误差，I为电离层误差，λ为载波波长，M和m分别表示伪距多路径误差和载波多路径误差，ε_ρ和ε_φ是伪距观测噪声和载波观测噪声；2)获得双差观测值后进行降相关处理；3)集成利用INS预测位置信息，提高模糊度解算的可靠性，GPS/BDS/INS紧组合系统模糊度解算方程：式中为GPS/BDS系统双差伪距，为双差相位观测值，为INS预测星地距，X_b为位置误差改正数，X_a为n维模糊度参数向量，H_b为设计矩阵，e_ρ和e_φ分别为伪距观测噪声和载波观测噪声，e_ins为INS系统观测噪声，由组合滤波先验方程阵得到；L为观测向量，H为观测模型系数矩阵，X为待估参数向量，e为观测噪声向量；由最小二乘解算得到的浮点解的方差为式中，P为观测值权阵；对模糊度浮点解及式(5)采用LAMBDA方法即可实现模糊度的固定；4)首先进行整体模糊度解算(FAR)，进行模糊度成功率和Ratio检验，若检验通过，FAR解算成功，则直接利用固定的载波相位观测值进行GPS/BDS/INS紧组合系统状态更新；模糊度成功率表示为其中为实数模糊度方差协方差分解后的矩阵对角线元素，I＝{i+1，...，n}，若P_s≥P₍₀₎，P₍₀₎为模糊度成功率检验阈值，则表示模糊度成功率检验通过；Ratio检验公式为其中为最优模糊度组残差二次型，为次优模糊度组残差二次型，若Ratio≥K，K为Ratio检验阈值，则表示Ratio检验成功；5)如果FAR失败，则采用部分模糊度固定(PAR)策略，采用模糊度取整固定成功率方法对模糊度浮点解按成功率从高到底进行排序，删除当前成功率最小的模糊度浮点解，获取模糊度子集，重新采用LAMBDA进行解算，按式(6)和(7)进行检验，检验通过后利用固定的载波观测值进行组合滤波解算，若检验不通过，删除下一个取整固定成功率最小的模糊度浮点解，依次递推，直至检验通过；模糊度浮点解的取整固定成功率为其中为第i个模糊度的最近整数；6)利用已固定模糊度的载波相位观测值重新解算，获得更高精度的剩余模糊度浮点解，再次进行模糊度解算；7)如果当前历元无法成功固定模糊度，则采用伪距观测值进行系统状态更新。