模糊度固定解PPP/INS紧组合定位定姿理论与方法研究

With applications to positioning and attitude determination of the mobile mapping platforms, this project will utilize the PPP (Precise Point Positioning) ambiguity fixing technology and the Extended Kalman Filter (EKF) approach to study the theories and methods of tight integration of ambiguity-fixed PPP and INS (Inertial Navigation System). Specially, this project will mainly focus on the following problems: (1) the design of EKF for tight integration of ambiguity-fixed PPP/INS; (2) PPP ambiguity fixing and instantaneously re-fixing aided by INS; (3) the forward backward smoother with application to tight integration of PPP/INS; (4) internal quality assurance methods for the results of tight integration of ambiguity-fixed PPP/INS. Through the above study, this project will solve several theory problems of the new integration and enrich the related theories about PPP ambiguity fixing, integrated navigation and so on. Additionally, compared with the conventional DGNSS/INS integration, the new integration has no requirement of base stations and reduces the complexity and cost of the system; and compared with the ambiguity-float PPP/INS integration, the new integration has short convergence time and could acquire stable centimeter-level positioning accuracy.

以移动测绘平台定位定姿为应用背景，基于PPP模糊度固定技术和扩展卡尔曼滤波方法，深入研究模糊度固定解精密单点定位(PPP)与惯性导航系统(INS)进行紧组合的理论与方法。本项目的主要研究内容有：(1)模糊度固定解PPP/INS紧组合扩展卡尔曼滤波器构建；(2)借助INS短期导航精度高的优势，辅助PPP模糊度固定并实现瞬时重新固定；(3)适用于PPP/INS紧组合的前后向平滑算法；(4)模糊度固定解PPP/INS紧组合成果的质量检核方法。通过以上研究解决模糊度固定解PPP/INS紧组合中所面临的一系列理论难题，将丰富PPP模糊度固定及组合导航等相关理论。与常用的DGNSS/INS组合相比，新组合无需地面基准站支持、作业简单且成本低；与模糊度浮点解PPP/INS组合相比，新组合收敛时间短且能获取稳定的厘米级定位精度。

针对卫星/惯性紧组合精密定位定姿技术前沿，重点研究了可实现模糊度固定解的PPP/INS紧组合，以解决浮点解PPP/INS定位精度低、可靠性差的局限。新模型及其方法仅使用单台流动站GNSS接收机，即可获取稳定的厘米级定位精度，并得到与DGNSS/INS组合相当的测速测姿精度。此外，针对高精度DGNSS/INS紧组合，研究了三频信号下的新模型构建与相关方法。项目成果填补了国内相关技术空白，促进大地测量技术发展，显著有益于国产组合精密定位定姿软件研制。主要研究成果如下：.（1）提出了顾及质量控制的逐级模糊度固定策略(CAFQC)，研究了GLONASS辅助GPS PPP模糊度快速固定，有效提高模糊度固定效果和可靠性。构建了模糊度固定解PPP/INS紧组合滤波模型。实验结果表明：模糊度成功固定后，新组合可获取厘米级定位精度，而且测速测姿精度和DGNSS/INS组合相当；对于GNSS信号质量变差导致的模糊度固定失败，在INS约束作用下，可直接加速其后的重新固定。.（2）针对GNSS信号短期中断引起的PPP重新收敛与固定难题，借助INS短期导航精度高优势，可加速重新收敛与固定；所提出的周跳修复新方法，能实现瞬时重新收敛与固定。两组车载实验证实了周跳修复新方法的良好性能，但随着GNSS信号中断时间的延长，修复能力会降低。.（3）提出了适用于PPP/INS紧组合的前后向平滑算法，能够同时提高初始与重新收敛段、GNSS信号中断段(即INS独立导航段)的组合结果精度，特别是位置精度。两组车载实验评估了前后向平滑算法的平滑效果。.（4）提出了以滤波解算中间信息为指标的内部质量检核方法。三组车载实验对八种滤波解算中间信息进行了分析与评价；其中，模糊度固定信息可显著增强位置结果的检核效果、前后向滤波不符值的检核能力最为全面。所提方法为测绘用户提供质量检核的方法参考与依据。.（5）构建了北斗三频DGNSS/INS紧组合模型，显著提高组合数据处理效率，缩减总数据处理时间45%。