Ν为双差整周模糊度向量；b为与dX相对应
[0054]
[0055]
[0056] 的系数矩阵；a为与ΔΝ相对应的系数矩阵；L为常数项向量，其中△为单差算子；式中 (x〇，y〇，z。）为用户位置初始值，（xm，ym，zm)为卫星坐标；r。为用户初始值与卫星之间的几何 距离；m为观测到的同一系统卫星数；
[0058] 由于限定于同一系统内部求差，所以m颗GPS卫星可得到m-Ι个GPS双差观测方 程，η颗北斗卫星可以到η-l个北斗双差观测方程，共有m+n-2个观测方程。
[0059] 根据公式（3)、（4)、（5)，采用最小二乘法，先求出双差整周模糊度ΔΝ，然后求出 相对坐标改正值，进而得到相对位置信息。
[0060] 对于相对定位中的双差观测方程，由于彻底消除了卫星钟差和接收机钟差影响， 并且在站间距离较近，多径误差有效抑制或者可以忽略的情况下，双差观测方程中只剩下 三维相对位置、整周模糊度未知数。对于天线相位中心偏差，其值由天线厂商提供或者实现 精确标定，结合天线定向放置进行影响修正与消除。
[0061] 步骤4:INS数据采集
[0062] 通过GNSS板卡、三轴光纤陀螺和加速度计组合并采用紧耦合技术捕获INS数据；
[0063] 其中，该INS惯导系统输出的信号采用如下技术指标：
[0064]单点L1/L2 :〈2m;
[0065]DGPS：<50cm；
[0066] RTK：lcm+lppm；
[0067]XYZ速度精度（rms) :0· 02m/s
[0068] 1PPS精度：20ns
[0069] 航向精度：0.05°
[0070] 俯仰/横滚精度：0.02°
[0071] 陀螺仪指标：
[0072]测量范围：±300°/s
[0073] 偏差稳定性：Γ/hr
[0074] 比例因子精度：1500ppm
[0075] 加速度计性能指标：
[0076]测量范围：X/Y/Z:±10g
[0077]偏差：X/Y/Z: ±50mg
[0078] 偏差稳定性：±0. 75mg
[0079] 步骤5:GPS/Beidou2/INS组合导航定位
[0080] 如图1所示，采用分布式卡尔曼滤波进行GPS/BeiDou2/INS组合导航，GPS和 BeiDou2各个子系统首先通过局部卡尔曼滤波器处理各自的测量信息以产生局部状念估 计，每个观测方程所得到的局部卡尔曼滤波器作为子滤波器，INS滤波器作为主滤波器，合 并成总体状态滤波器，给出组合导航系统的状态向量、测量向量；
[0081]设定GPS加权值和Beidou2加权值，分别令加权值为Wl，w2，则组合导航经炜度为：
[0082] φ- +^ιΨι
[0083] λ=Wiλi+w〗λ2
[0084] 满足w+w；^ 1
[0085] 由不确定传播计算定律求得不确定度为：
[0086] '
(6)
[0087] 式中，)、（μλ1、μλ2)为GPS和Beidou2卡尔曼滤波器的输出经度 和炜度的不确定度；? 》为组合导航系统输出的经度和炜度的不确定度，（μ^ yj、μ。分别为卫星系统中各个传感器输出信号的不确定度和自适应滤波器输出信号的 不确定度；
[0088] 采用拉格朗日乘法对公式（6)进行求解：
[0089] 对（Wpw2)求偏导并令其等于0,分别求得加权值：
[0090]
[0091] 本发明方法根据两个估计信号的信任度分配不同的权值。在GPS和北斗卫星信号 跟踪正常的时候分配权值为1。当GPS信号失锁或者北斗信号接收不正常的时候，则分配权 限为〇,此时的INS测量信号的权值变为1，系统自动调整到自主导航模式。
[0092] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽 管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然 可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发 明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
【主权项】
1. 一种基于GPS/Beidou2/INS的组合导航与定位方法，其特征在于：它包括以下步 骤： 步骤1 :卫星定位数据采集 分别采集GPS卫星定位系统的定位数据和Beid〇u2卫星定位系统的定位数据； 步骤2 :单点定位模型建立； 分别建立GPS卫星定位系统模型和Beidou2卫星定位系统模型，均采用载波相位求解 法，采用如下解算方程：I. 其中，λ为载波波长，梦为载波相位观测值，R为GPS卫星或Beidou2卫星到接收机相 位中心的几何距离；N为载波模糊度；t为GPS卫星或Beidou2卫星的接收机的钟差，t为 GPS卫星定位系统或Beidou2卫星定位系统的时间系统同步误差，^为GPS卫星Beidou2卫 星的钟差；C为光速；T为对流层延迟误差；I为电离层延迟误差；M为多路径误差；P为GPS 卫星或Beid〇u2卫星的天线相位中心偏差；e为其他非模型化误差和载波相位观测噪声； 步骤3 :GPS与BeiDou2联合定位解算 采用统一的时间基准和坐标基准，将BeiDou2的载波差分定位和GPS的载波差分定位 进行联立求解，得到如下定位方程组：其中，Δ▽表示双差算子，λ为载波波长，P为载波相位观测值，R为卫星到接收机相位 中心的几何距离；N为载波模糊度；C为光速；T为对流层延迟误差；I为电离层延迟误差；M 为多路径误差；P为天线相位中心偏差；e为其他非模型化误差和载波相位观测噪声；上标 C和G分别对应于BeiDou2卫星定位和GPS卫星定位； 得BeiDou2/GPS双差载波相位观测方程为：)： 其中，dX表示相对坐标改正向量；△ N为双差整周模糊度向量；b为与dX相对应的系数 矩阵；a为与△ N相对应的系数矩阵；L为常数项向量，其中△为单差算子；式中（x〇，y〇，z。） 为用户位置初始值，（xm，ym，zm)为卫星坐标；r。为用户初始值与卫星之间的几何距离；m为 观测到的同一系统卫星数； 根据公式（3)、（4)、（5)，采用最小二乘法，先求出双差整周模糊度ΔΝ，然后求出相对 坐标改正值，进而得到相对位置信息。 步骤4 : INS数据采集 通过GNSS板卡、三轴光纤陀螺和加速度计组合并采用紧耦合技术捕获INS数据； 步骤5 :GPS/Beidou2/INS组合导航定位 采用分布式卡尔曼滤波进行GPS/BeiDou2/INS组合导航，GPS和BeiDou2各个子系统 首先通过局部卡尔曼滤波器处理各自的测量信息以产生局部状念估计，每个观测方程所得 到的局部卡尔曼滤波器作为子滤波器，INS滤波器作为主滤波器，合并成总体状态滤波器， 给出组合导航系统的状态向量、测量向量； 设定GPS加权值和Beidou2加权值，分别令加权值为Wl，W2，则组合导航经炜度为：由不确定传播计算定律求得不确定度为：式中，为GPS和Beidou2卡尔曼滤波器的输出经度和炜 度的不确定度；为组合导航系统输出的经度和炜度的不确定度，（μ ^ μ。2)、 分别为卫星系统中各个传感器输出信号的不确定度和自适应滤波器输出信号的不确定 度； 采用拉格朗日乘法对公式（6)进行求解： 对（Wp W2)求偏导并令其等于0,分别求得加权值：
【专利摘要】本发明提供一种基于GPS/Beidou2/INS的组合导航与定位方法，该方法包括以下步骤：分别采集GPS卫星定位系统的定位数据和Beidou2卫星定位系统的定位数据；采用载波相位求解法分别建立GPS卫星定位系统模型和Beidou2卫星定位系统模型；采用统一的时间基准和坐标基准，将BeiDou2的载波差分定位和GPS的载波差分定位进行联立求解；通过GNSS板卡、三轴光纤陀螺和加速度计组合并采用紧耦合技术捕获INS数据；采用分布式卡尔曼滤波进行GPS/BeiDou2/INS组合导航，给出组合导航系统的状态向量、测量向量。
【IPC分类】G01S19/49, G01S19/43
【公开号】CN105425261
【申请号】CN201510734646
【发明人】陈长宝, 李传奎, 杜红民, 孔晓阳, 王茹川, 郭振强, 王磊
【申请人】中原智慧城市设计研究院有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月3日