【摘 要】
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随着近10年全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）的发展,高精度导航定位已从军事、测绘等传统领域逐步拓展到全新的智慧物流、车载导航等消费市场领域。这不仅归功于导航硬件在低成本、小体积、低功耗、高精度的方向实现了突破,同时多传感器融合算法的快速发展也为消费级高精度导航定位应用奠定了坚实的理论基础。一方面,GNSS精密单点定位（Precise
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随着近10年全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）的发展,高精度导航定位已从军事、测绘等传统领域逐步拓展到全新的智慧物流、车载导航等消费市场领域。这不仅归功于导航硬件在低成本、小体积、低功耗、高精度的方向实现了突破,同时多传感器融合算法的快速发展也为消费级高精度导航定位应用奠定了坚实的理论基础。一方面,GNSS精密单点定位（Precise Point Positioning,PPP）技术集成了标准单点定位（Standard Point Positioning,SPP）和相对定位的技术优点,在良好的GNSS观测环境下基于消费级单频接收机的PPP具备稳定分米至亚米级定位的潜力;另一方面,基于微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System,MEMS）级惯性测量单元（Inertial Measurement Unit,IMU）的惯性导航系统（Inertial Navigation System,INS）可以在GNSS观测条件较差或者信号失锁的情况下提供持续稳定的定位信息。因此,消费级PPP/INS组合导航系统在民用高精度定位领域具有较大的潜在应用市场。然而,在消费级PPP/INS组合导航系统推向市场的过程中面临诸多问题,例如硬件低成本带来的观测值误差大、噪声高等问题、消费级PPP在复杂环境下的定位精度不确定性问题、以及消费级PPP/INS组合导航系统内部参数耦合问题。本文旨在建立一套实时的消费级PPP/INS组合导航软硬件系统,以满足城市复杂环境下稳定的分米（开阔环境）至亚米（短时遮挡环境）至米级（高楼密集和信号封闭环境）定位的需求。论文的主要工作和贡献如下:1)针对消费级单频GNSS接收机观测值数据预处理问题,提出了基于多普勒和SPP验后残差同时探测伪距粗差的方法和基于伪距和多普勒同时探测相位周跳的方法,并给出了可直接用于消费级单频GNSS观测值的探测阈值,为用户提供了便利。2)建立了一套可供用户使用的消费级多系统PPP平台,并探讨分析了PPP系统在不同观测环境下的定位性能。在开阔环境和一般城市环境下GPS/GALILEO双系统和GPS/GLONASS/GALILEO三系统PPP在水平和高程方向上均可提供稳定的分米至亚米级定位;在城市高楼密集环境下消费级PPP水平定位精度在10米以内。3)针对单GLONASS系统单频PPP定位误差大的问题,从GLONASS频间码偏差（Inter-frequency Code Bias,IFCB）的角度进行了分析。基于卡尔加里大学（University of Calgary,Uof C）模型推导了单频GLONASS IFCB估计模型,进一步验证了单频Uof C模型相比非组合单频PPP模型的优势;分析并验证了消费级u-blox M8T接收机中GLONASS IFCB的短时稳定特性;最后在估计或校准GLONASS IFCB后,单GLONASS系统PPP静态和动态定位精度有明显改善,达到与GPS同样的水平。4)针对目前全球电离层改正产品精度和在用户端解算效率的不足,提出一种基于二阶多项式的局部电离层延迟模型。该模型可改善单频PPP定位时效性和可靠性;不论是在电离层平静还是活跃期间,局部范围内单频PPP用户均可获得稳定的分米级定位精度。5)为解决实时轨道和钟差改正数短时中断的问题,提出了采用单历元改正数结合广播星历直接外推轨道和时钟的方法。短时中断后轨道和时钟精度分别维持在50cm和0.55ns以内;同时单频PPP系统在轨道时钟改正数短时间中断后依然可以维持稳定的亚米级的动态定位精度。6)针对多路径效应严重和卫星信号失锁时PPP定位精度低和无法定位的问题,建立了消费级PPP/INS组合导航定位系统。在城市复杂环境下,消费级PPP/INS组合导航系统可以稳定提供分米至米级的定位精度、分米/秒级的速度精度以及0.5°左右的姿态精度。其中测试结果显示:（1）3分钟的开阔环境下水平定位精度为分米级（0.433m）,全时段定位误差不超过0.749m;（2）7分钟的连续短时天桥遮挡环境下水平定位精度为亚米级（0.570m）,全时段定位误差不超过1.403m;（3）1分钟的桥底隧道环境下水平定位精度为米级（2.766m）,全时段定位误差不超过5.244m;（5）8分钟的市中心高楼密集环境下水平定位精度为米级（3.006m）,全时段定位误差不超过7.411m;（6）4.5分钟的地下停车场环境下水平定位精度为米级（3.265m）,全时段定位误差不超过5.936m。
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