【摘 要】
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随着无人驾驶技术的兴起以及无人机、无人车、移动机器人行业的井喷式发展,以移动测量为代表的行业应用和以位置服务为代表的大众应用都将高度依赖连续、可靠、稳定的导航定位技术。由于全球卫星导航定位系统GNSS与惯性导航系统INS具有互补特性,两者通过优势互补可以显著改善复杂城市环境下的导航定位性能,提高组合系统的连续定位能力。面对复杂城市环境下日趋高精度的导航定位需求,本文以GNSS为主要研究对象,对基于
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随着无人驾驶技术的兴起以及无人机、无人车、移动机器人行业的井喷式发展,以移动测量为代表的行业应用和以位置服务为代表的大众应用都将高度依赖连续、可靠、稳定的导航定位技术。由于全球卫星导航定位系统GNSS与惯性导航系统INS具有互补特性,两者通过优势互补可以显著改善复杂城市环境下的导航定位性能,提高组合系统的连续定位能力。面对复杂城市环境下日趋高精度的导航定位需求,本文以GNSS为主要研究对象,对基于载波相位观测值的GNSS精密动态定位模型展开研究,为解决复杂城市环境下GNSS可用性与可靠性问题,本文通过引入惯性传感器并结合改进的数学模型、优化的融合定位方法进行GNSS/INS组合系统的构建,依据不同GNSS精密定位模型模糊度解算的特点提出相应的改进或增强算法,以达到惯性信息辅助改善GNSS定位精度、惯性信息辅助增强GNSS连续性与可靠性的目的,实现高精度、高可靠性组合导航定位系统的开发。本文主要工作和创新点包括:（1）构建了多星座GNSS精密单点定位模糊度固定（PPP-AR）模型。推导了基于整数相位钟、小数偏差以及相位钟产品的用户端PPP数学模型,对比了不同产品形式的PPP-AR用户端数学模型的差异,建立了基于不同产品形式统一的PPP-AR数据处理流程。针对单独GPS PPP-AR首次固定时间过长问题,研究了多星座融合的PPP模糊度快速固定,实现了GPS、BDS、Galileo三系统融合PPP模糊度固定解算。评估了不同分析中心PPP-AR产品支持下多星座PPP模糊度固定的定位性能,并在此基础上验证了城市环境下实施PPP模糊度固定的可行性。（2）构建了惯性信息辅助的GNSS精密定位模型。对PPK/INS紧组合、无电离层组合PPP/INS紧组合以及非差非组合PPP/INS紧组合滤波模型进行了详细推导。对比分析了PPK/INS紧组合滤波中模糊度参数不同传递方式所引起的性能差异,推导了两种不同模糊度解算方式的PPK/INS紧组合数学模型,并从惯性信息辅助模糊度解算层面验证了两种形式PPK/INS紧组合模型的等价性以及在实际数据处理中两种模糊度解算方式的性能差异。（3）提出了惯性信息辅助的PPK观测值质量控制算法。针对复杂城市环境下伪距观测值多路径效应以及载波相位观测值周跳频发现象,采用惯性信息辅助的伪距抗差算法削弱伪距粗差对于参数估计的影响,并结合惯性信息辅助的周跳探测与修复算法实现相位观测值小周跳精准探测与修复,构建惯性信息辅助的PPK质量控制算法,以削弱异常观测值对于模糊度解算的不利影响,提高了复杂城市环境下PPK/INS紧组合系统的实际应用性能。（4）提出了顾及小周跳影响的PPK/INS紧组合抗差部分模糊度固定算法。针对复杂城市环境下模糊度受多频多星座观测值特性、观测值精度等因素影响难以实现准确可靠固定的问题,依据模型驱动的Bootstrapping成功率与数据驱动的Fixed Failure-rate Ratio Test检验,从降相关的模糊度集合中筛选满足条件的模糊度子集用于部分模糊度固定,并结合惯性信息辅助的PPK观测值质量控制算法提出了顾及小周跳影响的PPK/INS紧组合抗差部分模糊度固定算法,改善了复杂城市环境下PPK/INS紧组合模糊度固定性能。（5）提出了惯性信息辅助逐级质量控制的PPP模糊度固定算法。论证了非差非组合固定解PPP与无电离层组合固定解PPP在理论上的一致性,在此基础上推导了基于非差非组合和无电离层组合统一的PPP/INS紧组合模糊度固定数据处理流程。针对复杂城市环境下动态车载数据易发生短期中断难以实现稳定可靠固定解PPP的问题,提出了惯性信息辅助逐级质量控制的PPP模糊度固定算法,实现了城市车载环境下稳定可靠的多星座非差非差组合PPP/INS紧组合模糊度固定,提高了城市环境下固定解PPP/INS紧组合的可用性,并从惯性器件精度水平以及多星座GNSS角度评估了固定解PPP/INS紧组合的实际应用性能。（6）开源了多星座精密单点定位模糊度固定程序、GNSS/INS紧组合算法程序以及相应的数据集。
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