低成本GNSS终端定位算法研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:henban
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随着低成本GNSS芯片和天线性能不断提升,信号捕获能力逐步增强,低功耗、模块化的GNSS终端渐渐进入大众市场中。主要分为两大类,一类以智能手机,智能手表以及平板电脑为代表的GNSS移动智能终端,主要应用于行人导航,汽车导航等消费级市场领域;另一类以低成本板卡等为代表的低成本导航终端,主要应用于自动驾驶,无人机,精准农业等新型高精度市场领域。但低成本GNSS终端硬件水平较低,数据质量较差,采用常规算法定位效果有限。因此本文根据其数据特性对现有算法进行改进,主要围绕低成本GNSS终端多系统多频定位与测速模型,观测值预处理以及抗差算法展开研究,以保障定位结果的连续性,稳定性。本文的主要研究工作以及结论如下:(1)对GNSS移动智能终端与低成本导航定位终端如何获取观测数据进行说明,并对三种低成本智能终端,小米8,华为P40,M8T的数据质量进行分析;根据其性质采用改进后的历元间残差探测法,联合三次差法,多普勒探测法,电离层残差法以及GNSS终端自身质量反馈结果对大小粗差以及周跳进行分层探测,以降低同时出现多个异常数据带来的影响。(2)对不同系统的伪距,载波,多普勒的单差观测值计算方式进行介绍,通过分析观测值的单差残差精化观测值的随机模型。(3)采用多普勒测速与附加伪距差分方程的历元间差分测速两种方法,分别对三种终端的测速性能进行分析。为保证测速结果的稳定性,在测速中对验前与验后残差进行检核。结果表明,正常情况下多普勒测速三个方向精度可达到厘米级,改进的历元间差分测速三个方向精度可达亚厘米级或毫米级。(4)采用多阈值多普勒平滑伪距,多阈值单频开窗口平滑与双频非发散组合的载波相位平滑伪距,以及历元间位置变化约束平滑伪距进行单点定位,并设计动态与静态实验进行对比分析。实验结果表明,三种平滑方式精度均较抗差伪距有一定提升,历元间位置变化约束平滑效果最佳,平面与高程精度最高提升可达50%。(5)详细推导了抗差自适应卡尔曼滤波中标准化残差的计算公式,采用整体检测与逐个残差值检测方式共同判定滤波结果的有效性。同时为充分利用高精度的测速结果,本文提出了RTD与RTK的抗差速度约束模型,并设计了实验进行分析。结果表明,抗差速度约束RTD在半遮挡静态条件下三维方向精度优于1.5m,动态条件下平面误差优于2m。抗差速度约束RTK在静态条件下浮点解三维方向精度优于20cm,步行状态下平面精度优于1m,车载状态下平面精度优于2.5m。(6)采取以综合高度角,信噪比,方差分量大小为阈值的部分模糊度固定策略,并在初次未能固定时动态调整筛选条件,再次进行整周模糊度搜索,以提升固定率,并设计实验进行分析。结果表明相较于全固定方式,在本文部分模糊度固定策略下,小米8移动智能终端固定率提升37%,M8T板卡固定率提升8.9%,同时固定收敛时间约提高3分钟。该论文有图84幅,表28个,参考文献94篇。
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