劉 帥

信息工程大學導航與空天目標工程學院，河南 鄭州 450001

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模糊度固定解PPP/INS緊組合理論與方法

劉 帥

信息工程大學導航與空天目標工程學院，河南 鄭州 450001

車載移動測量、航空攝影測量、船載水深測量等領域的測繪用戶迫切需求測量平臺高精度高頻率的位置、速度和姿態(tài)信息。目前滿足此需求并被廣泛應用的就是基于相位觀測值的DGNSS/INS組合。本文研究了新組合，即模糊度固定解PPP/INS緊組合。對于新組合，在PPP模糊度固定技術的支撐下，僅使用單臺流動站GNSS接收機，即可獲取穩(wěn)定的厘米級定位精度，且它的測速測姿精度與DGNSS/INS組合相當。由于無需架設基準站，新組合特別適合大面積移動測繪任務，并可降低作業(yè)成本和復雜度，為測繪用戶提供了又一選擇。本文圍繞模糊度固定解PPP/INS緊組合這一核心工作，從理論和方法兩方面展開了系統(tǒng)研究。主要創(chuàng)新點及關鍵結論如下：

(1) 推導了基于整數(shù)相位鐘產(chǎn)品和星間單差觀測值的GPS PPP模糊度固定模型，提出了一種顧及質(zhì)量控制的逐級模糊度固定策略(CAFQC)。50組IGS站試驗表明：當PPP模糊度收斂到一定精度時，通過模糊度固定，將含模糊度的相位觀測值轉化為高精度絕對距離觀測值，位置誤差可迅速由分米級降至穩(wěn)定的厘米級；利用車載實驗證實了CAFQC能夠提高模糊度固定效果和可靠性。

(2) 針對單獨GPS PPP首次固定時間過長問題，研究了GLONASS輔助GPS PPP模糊度快速固定。40組IGS站試驗表明：加入GLONASS衛(wèi)星，使得GPS PPP的首次固定時間顯著減少，而且對定位精度和穩(wěn)定性亦有改善；一組車載實驗展現(xiàn)出單獨GPS PPP模糊度無法固定的情況(由于觀測時間短、衛(wèi)星數(shù)目少)，但在GLONASS衛(wèi)星的輔助下，仍能實現(xiàn)模糊度成功固定。

(3) 構建并實現(xiàn)了模糊度固定解PPP/INS緊組合濾波模型，此為本文核心工作。兩組車載試驗對濾波模型進行了驗證：一旦實現(xiàn)模糊度成功固定，新組合即刻獲取厘米級定位精度，而且它的測速測姿精度和DGNSS/INS組合相當，卻不需要架設基準站；對于GNSS信號質(zhì)量變差導致的模糊度固定失敗，在INS約束作用下，可直接加速其后的重新固定。

(4) 針對GNSS信號短期中斷引起的PPP重新收斂與固定難題，借助于INS短期導航精度高優(yōu)勢，可加速重新收斂與固定；而采用本文提出的周跳修復方法，就能實現(xiàn)瞬時重新收斂與固定。兩組車載試驗證實了周跳修復新方法的良好性能，但隨著GNSS信號中斷時間的延長，修復能力會降低。試驗發(fā)現(xiàn)，所用戰(zhàn)術級INS未能加速PPP初始收斂。

(5) 構建了后向的PPP/INS緊組合濾波模型，提出了適用于PPP/INS緊組合的前后向平滑算法，能夠同時提高初始與重新收斂段、GNSS信號中斷段(即INS獨立導航段)的組合結果精度，特別是位置精度。兩組車載試驗評估了前后向平滑算法的平滑效果。試驗表明，先修復周跳、再進行平滑，可取得更好精度的位置結果。

(6) 系統(tǒng)研究了PPP/INS緊組合結果的質(zhì)量檢核問題，提出了以濾波解算中間信息為指標的內(nèi)部質(zhì)量檢核方法。3組車載試驗對8種濾波解算中間信息進行了分析與評價；其中，模糊度固定信息可顯著增強位置結果的檢核效果、前后向濾波不符值的檢核能力最為全面。本研究可以為測繪用戶提供質(zhì)量檢核的方法參考與依據(jù)。

Author：LIU Shuai(1986—)，male，received his doctoral degree from Information Engineering University on June 2016，majors in satellite navigation and integrated navigation.

E-mail：liushuai-0115@163.com

Theories and Methods in Tight Integration of Ambiguity-fixed PPP and INS

LIU Shuai

Information Engineering University,Zhengzhou 450001,China

劉帥.模糊度固定解PPP/INS緊組合理論與方法[J].測繪學報，2017,46(6)：803.

10.11947/j.AGCS.2017.20170133.LIU Shuai.Theories and Methods in Tight Integration of Ambiguity-fixed PPP and INS[J].Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(6):803.DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20170133.

P228

D

1001-1595(2017)06-803-01

國家自然科學基金(41674042)

2017-03-21

劉 帥(1986—)，男，2016年6月畢業(yè)于信息工程大學，獲工學博士學位(指導教師：孫付平教授)，研究方向為衛(wèi)星導航及組合導航。