模糊度固定解PPP/INS紧组合理论与方法

刘 帅

信息工程大学导航与空天目标工程学院，河南 郑州 450001



模糊度固定解PPP/INS紧组合理论与方法

刘 帅

信息工程大学导航与空天目标工程学院，河南 郑州 450001

车载移动测量、航空摄影测量、船载水深测量等领域的测绘用户迫切需求测量平台高精度高频率的位置、速度和姿态信息。目前满足此需求并被广泛应用的就是基于相位观测值的DGNSS/INS组合。本文研究了新组合，即模糊度固定解PPP/INS紧组合。对于新组合，在PPP模糊度固定技术的支撑下，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，且它的测速测姿精度与DGNSS/INS组合相当。由于无需架设基准站，新组合特别适合大面积移动测绘任务，并可降低作业成本和复杂度，为测绘用户提供了又一选择。本文围绕模糊度固定解PPP/INS紧组合这一核心工作，从理论和方法两方面展开了系统研究。主要创新点及关键结论如下：

(1) 推导了基于整数相位钟产品和星间单差观测值的GPS PPP模糊度固定模型，提出了一种顾及质量控制的逐级模糊度固定策略(CAFQC)。50组IGS站试验表明：当PPP模糊度收敛到一定精度时，通过模糊度固定，将含模糊度的相位观测值转化为高精度绝对距离观测值，位置误差可迅速由分米级降至稳定的厘米级；利用车载实验证实了CAFQC能够提高模糊度固定效果和可靠性。

(2) 针对单独GPS PPP首次固定时间过长问题，研究了GLONASS辅助GPS PPP模糊度快速固定。40组IGS站试验表明：加入GLONASS卫星，使得GPS PPP的首次固定时间显著减少，而且对定位精度和稳定性亦有改善；一组车载实验展现出单独GPS PPP模糊度无法固定的情况(由于观测时间短、卫星数目少)，但在GLONASS卫星的辅助下，仍能实现模糊度成功固定。

(3) 构建并实现了模糊度固定解PPP/INS紧组合滤波模型，此为本文核心工作。两组车载试验对滤波模型进行了验证：一旦实现模糊度成功固定，新组合即刻获取厘米级定位精度，而且它的测速测姿精度和DGNSS/INS组合相当，却不需要架设基准站；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。

(4) 针对GNSS信号短期中断引起的PPP重新收敛与固定难题，借助于INS短期导航精度高优势，可加速重新收敛与固定；而采用本文提出的周跳修复方法，就能实现瞬时重新收敛与固定。两组车载试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。试验发现，所用战术级INS未能加速PPP初始收敛。

(5) 构建了后向的PPP/INS紧组合滤波模型，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。两组车载试验评估了前后向平滑算法的平滑效果。试验表明，先修复周跳、再进行平滑，可取得更好精度的位置结果。

(6) 系统研究了PPP/INS紧组合结果的质量检核问题，提出了以滤波解算中间信息为指标的内部质量检核方法。3组车载试验对8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。本研究可以为测绘用户提供质量检核的方法参考与依据。

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

刘帅.模糊度固定解PPP/INS紧组合理论与方法[J].测绘学报，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

国家自然科学基金(41674042)

2017-03-21

刘 帅(1986—)，男，2016年6月毕业于信息工程大学，获工学博士学位(指导教师：孙付平教授)，研究方向为卫星导航及组合导航。