一种用于GNSS伪卫星组合接收机的组合精密定位方法

本发明涉及卫星导航与地基增强定位，具体涉及一种用于gnss伪卫星组合接收机的组合精密定位方法。

背景技术：

1、全球导航卫星系统 (gnss) 作为目前应用最广泛的绝对定位技术，在开阔环境下能够提供米级甚至厘米级的定位精度。然而，在城市峡谷、室内、地下空间、隧道、密林等gnss 信号受遮挡或完全拒止的环境中，gnss 接收机无法捕获足够数量的卫星信号，导致定位精度急剧下降甚至完全失效。这一问题严重制约了自动驾驶、无人机巡检、室内机器人、地下管网运维等新兴领域的发展。

2、为解决 gnss 拒止环境下的定位难题，现有技术主要采用以下几种方案，但均存在明显的局限性：

3、（1）惯性导航方案：该方案依靠惯性测量单元 (imu) 测量载体的加速度和角速度，通过积分运算得到位置、速度和姿态信息。纯惯性导航具有自主性强、不受外界环境干扰的优点，但存在误差随时间累积的致命缺陷。特别是低成本 mems-imu，其零偏误差和随机游走误差会导致定位精度在数秒内迅速恶化，无法满足长时间高精度定位的需求。

4、（2）视觉导航方案：该方案通过相机提取环境中的视觉特征，实现同时定位与地图构建。视觉 slam 具有成本低、信息丰富的优点，但在光照变化剧烈、纹理缺失、动态物体较多的环境中容易失效，且存在尺度不确定性问题，长时间运行会产生较大的累积误差。

5、（3）激光雷达 slam 方案：该方案利用激光雷达测量环境的三维点云信息，具有精度高、抗光照干扰能力强的优点。然而，激光雷达成本高昂，在雨雪雾等恶劣天气条件下性能下降明显，且在长走廊、开阔广场等几何特征单一的环境中容易出现定位漂移。

6、综上所述，目前尚未有一种能够有效结合 gnss 绝对定位优势，能够在复杂多变环境下实现连续高精度定位的技术方案。本发明正是针对上述技术问题，提出一种伪卫星/gnss组合定位方法，旨在gnss拒止情况下，实现 gnss 信号从良好到完全拒止全场景下的连续高精度定位。

技术实现思路

1、为实现本发明目的，本申请提供了一种用于gnss伪卫星组合接收机的组合精密定位方法，包括：

2、步骤s1：利用空间同步天线阵列的固定几何关系，基于中线定理对两个gnss天线的观测值进行共线组合处理，生成gnss卫星到伪卫星天线相位中心的虚拟观测值；

3、步骤s2：将所述虚拟观测值与伪卫星原始观测值融合，引入表征不同系统间接收机钟差差异的系统间偏差作为待估计参数，构建统一的组合定位观测方程；

4、步骤s3：在解算所述组合定位观测方程时，根据可见伪卫星数量自适应调整定位策略：当数量达到预设阈值时启动组合定位模式以加速精密单点定位收敛，否则切换至独立gnss定位模式。

5、在其中一些具体实施例中，步骤s1中，所述虚拟观测值根据两个gnss天线的观测值以及两个gnss天线到伪卫星天线的固定距离确定。

6、在其中一些具体实施例中，步骤s2中，所述系统间偏差具体为：以gps系统的接收机钟差为参考，通过未知参数估计其他gnss系统及伪卫星系统的接收机钟差相对于所述gps接收机钟差的差值。

7、在其中一些具体实施例中，步骤s2中，所述组合定位观测方程同时包含伪距观测方程和载波相位观测方程；其中，对gnss观测值采用双频无电离层组合模型消除电离层延迟误差，对伪卫星观测值采用非差非组合模型且忽略电离层延迟误差。

8、在其中一些具体实施例中，步骤s3，所述自适应调整定位策略包括：当可见伪卫星数量大于或等于2个时启动组合定位模式；当数量大于或等于4个时利用伪卫星独立提供高精度坐标约束以加速收敛；当数量超过4个时优先选择信噪比最高的部分伪卫星参与解算。

9、在其中一些具体实施例中，所述步骤s3中，在组合定位模式解算时，对伪卫星系统不设置截止高度角，并采用信噪比定权策略构建随机模型。

10、在其中一些具体实施例中，步骤s1之前还包括服务端空间同步步骤：通过连续静态精密单点定位或实时动态测量获取伪卫星基站在国际地球参考框架下的三维坐标，或者通过全站仪测量伪卫星基站相对于已标定基准站的坐标并转换至国际地球参考框架下。

11、在其中一些具体实施例中，步骤s3中，当用户离开伪卫星覆盖区域切换至独立gnss定位模式时，利用组合定位模式下已收敛的模糊度参数和坐标参数对当前定位结果进行初始化，以保持切换后的定位精度。

12、本发明还提供了一种gnss伪卫星组合接收机，包括：空间同步天线阵列，由共线固连的第一gnss天线、第二gnss天线和位于两者中点的伪卫星天线组成；

13、gnss接收单元，用于输出gnss观测值及秒脉冲信号；

14、伪卫星接收单元，用于输出伪卫星观测值；

15、时间同步模块，其输入端连接所述gnss接收单元以接收秒脉冲信号，其输出端连接所述伪卫星接收单元的时钟引脚，用于实现纳秒级时间同步；

16、数据处理模块，采用arm+fpga异构架构，其中，fpga用于采集观测值并标记时间戳，arm用于运行上述组合精密定位方法。

17、上述技术方案的有益效果：

18、与现有技术相比，本发明提供的一种用于gnss伪卫星组合接收机的组合精密定位方法，通过一体化集成的硬件架构实现了gnss与伪卫星观测值的纳秒级时间同步与毫米级空间统一，在此基础上利用中线定理生成虚拟观测值并引入系统间偏差参数构建统一观测方程，再结合可见伪卫星数量自适应调整定位策略，从而在gnss信号遮挡或拒止的复杂环境中，显著提升了定位精度与收敛速度，大幅降低了伪卫星系统的部署成本与门槛，同时保证了从开阔环境到完全拒止环境下的连续、稳定、高可靠性定位，具有良好的兼容性和广泛的工程适用性。

1.一种用于gnss伪卫星组合接收机的组合精密定位方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于gnss伪卫星组合接收机的组合精密定位方法，其特征在于，步骤s1中，所述虚拟观测值根据两个gnss天线的观测值以及两个gnss天线到伪卫星天线的固定距离确定。

3.根据权利要求1所述的用于gnss伪卫星组合接收机的组合精密定位方法，其特征在于，步骤s2中，所述系统间偏差具体为：以gps系统的接收机钟差为参考，通过未知参数估计其他gnss系统及伪卫星系统的接收机钟差相对于所述gps接收机钟差的差值。

4.根据权利要求3所述的用于gnss伪卫星组合接收机的组合精密定位方法，其特征在于，步骤s3中，所述组合定位观测方程同时包含伪距观测方程和载波相位观测方程；其中，对gnss观测值采用双频无电离层组合模型消除电离层延迟误差，对伪卫星观测值采用非差非组合模型且忽略电离层延迟误差。

5.根据权利要求1所述的用于gnss伪卫星组合接收机的组合精密定位方法，其特征在于，步骤s3，所述自适应调整定位策略包括：当可见伪卫星数量大于或等于2个时启动组合定位模式；当数量大于或等于4个时利用伪卫星独立提供高精度坐标约束以加速收敛；当数量超过4个时优先选择信噪比最高的部分伪卫星参与解算。

6.根据权利要求1所述的用于gnss伪卫星组合接收机的组合精密定位方法，其特征在于，步骤s1中，所述第一gnss天线与所述第二gnss天线的相位中心间距固定为25cm，且所有天线的相位中心共面且共线。

7.根据权利要求1所述的用于gnss伪卫星组合接收机的组合精密定位方法，其特征在于，步骤s3中，在组合定位模式解算时，对伪卫星系统不设置截止高度角，并采用信噪比定权策略构建随机模型。

8.根据权利要求1所述的用于gnss伪卫星组合接收机的组合精密定位方法，其特征在于，步骤s1之前还包括服务端空间同步步骤：通过连续静态精密单点定位或实时动态测量获取伪卫星基站在国际地球参考框架下的三维坐标，或者通过全站仪测量伪卫星基站相对于已标定基准站的坐标并转换至国际地球参考框架下。

9.根据权利要求1所述的用于gnss伪卫星组合接收机的组合精密定位方法，其特征在于，步骤s3中，当用户离开伪卫星覆盖区域切换至独立gnss定位模式时，利用组合定位模式下已收敛的模糊度参数和坐标参数对当前定位结果进行初始化，以保持切换后的定位精度。

10.一种用于实现权利要求1至9中任一项所述方法的gnss伪卫星组合接收机，其特征在于，包括：