整体GNSS RTK模型及方法研究

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随着GNSS技术的快速发展,其应用场景越来越广阔,在需要位置服务的各行各业中,卫星导航技术俨然已成为必不可缺的一种手段,由于RTK技术具有用户端算法简单,数据处理效率高,收敛快,定位精度高和可靠性强等优点,其在各类高精度位置服务中是最为常用的定位手段之一,而随着应用范围的推广,尤其是RTK技术在自动驾驶等与生命安全息息相关领域中的普及与应用,对RTK定位技术的定位精度和可靠性也有了更高的要求,而在RTK技术中实现高精度和高可靠性服务的基础是能够正确解算模糊度和有效探测出周跳,本文针对RTK定位中的模糊度解算和周跳问题进行研究,主要研究内容如下:(1)对周跳发生的机制和具有的特点进行研究,提出整体GNSS RTK模型,将周跳融入定位解算模型中,实现周跳探测与定位解算的一体化,模型采用卡尔曼滤波进行参数估计,通过对滤波参数的设置将滤波过程分为周跳探测和定位解算两个部分,周跳探测滤波用观测值更新模糊度参数,通过对前后历元周跳探测滤波得到的浮点模糊度做差的方式实时获得浮点周跳值及其方差协方差值,采用LAMBDA的方法对周跳进行整数估计,得到周跳的整数解,并对整数解进行检验,在定位解算滤波中根据整数估计和检验的结果对周跳进行处理,结合周跳修复与模糊度重估两种方法完成对周跳的处理,在获得高精度浮点周跳结果时能直接用获得的周跳值对模糊度进行修复,在周跳精度较低时采用重估模糊度的手段对周跳进行处理,保证了周跳处理的可靠性和效率。(2)对模糊度解算的方法进行研究,模糊度解算的核心为整数估计和模糊度检验两部分,对两部分的现有方法进行研究,研究内容包括对具有代表性的模糊度估计方式进行简要介绍,对基于统计量区别性和成功率两种检验方式进行对比和分析。为提升算法的可用性,采用基于降相关后的模糊度方差对模糊度进行部分固定,在保障模糊度正确固定的基础上,尽量提升模糊度固定率。(3)通过不同场景下的实测数据对整体GNSS RTK模型的精度与抗周跳能力进行检测。对于整体GNSS RTK模型的精度,在≤50km静态基线下能够快速完成初始化实现高精度的定位,在复杂城市环境中模糊度固定率远优于RTKLIB结果,在动对动编队场景中通过部分固定手段模糊度固定率达到了98%,并与参考值相比约95%历元的误差在2cm以内;对于整体GNSS RTK模型的抗周跳能力,通过在观测值中加入大量不同类型的连续周跳对其进行验证,在静态数据中周跳能100%探测出可直接修复的周跳,在不同的动态场景中均能取得较高的周跳可修复率,通过对有无周跳数据的定位结果相比较,验证了频繁大量周跳的发生并不会对定位结果造成负面的影响,证明了整体GNSS RTK模型在有很强的抗周跳能力的同时能够得到高精度的定位结果。
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