GPS/陀螺组合测姿中整周模糊度的快速解算

王冰; 隋立芬; 王威; 马成

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GPS/陀螺组合测姿中整周模糊度的快速解算

王冰, 隋立芬, 王威, 马成

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王冰, 隋立芬, 王威, 马成. GPS/陀螺组合测姿中整周模糊度的快速解算[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(1): 128-133.

引用本文:

王冰, 隋立芬, 王威, 马成. GPS/陀螺组合测姿中整周模糊度的快速解算[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(1): 128-133.

Wang Bing, Sui Lifen, Wang Wei, Ma Cheng. Rapid Resolution of Integer Ambiguity in Integrated GPS/Gyro Attitude Determination[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2015, 40(1): 128-133.

Citation:

Wang Bing, Sui Lifen, Wang Wei, Ma Cheng. Rapid Resolution of Integer Ambiguity in Integrated GPS/Gyro Attitude Determination[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2015, 40(1): 128-133.

GPS/陀螺组合测姿中整周模糊度的快速解算

王冰^1,2,
隋立芬²,
王威³,
马成⁴

¹61081部队北京 100094;²信息工程大学地理空间信息学院河南郑州 450052;³61741部队北京 100094;⁴61206部队北京 100042

基金项目: 国家自然基金资助项目41274016 41174006 40974010

详细信息

作者简介:
王冰博士主要从事现代测量数据处理、GNSS姿态确定算法研究

中图分类号: P228

Rapid Resolution of Integer Ambiguity in Integrated GPS/Gyro Attitude Determination

¹Unit 61081 Beijing 100094 China;²Institute of Surveying and Mapping Information Engineering University Zhengzhou 450052 China; ³Unit 61741 Beijing 100094 China;⁴Unir 61206 Beijing 100042 China

摘要: 采用方向余弦矩阵描述姿态,建立GPS/陀螺组合姿态确定系统模型,由矩阵Kalman滤波方法解算整周模糊度的浮点解,然后再利用MCLambda方法得到整周模糊度固定解。仿真实验结果表明,附加方向余弦矩阵约束的Kalman滤波方法可以有效地提高整周模糊度浮点解的精度,使得整周模糊度的固定成功率和效率均得到提高,尤其是在GPS观测条件较差的情况下。
- 全球定位系统 /
- 姿态确定 /
- 整周模糊度解算 /
- MC-Lambda方法 /
- 方向余弦矩阵 /
- Kalman滤波 /
- 陀螺
Abstract: One of key issues in the aspect of UPS-based attitude determination that must be solved is to estimate the unknown integer ambiguities. Single-epoch attitude ambiguity resolution can be achieved by using MC-Lambda method，which fully exploited the known geometry constraints of the multi-an-tennae configuration. This method does not need to consider cycle slip problem. However，the float solution precision of integer ambiguity is low based on UPS pseudo-range and carrier phase observations，which leads to large ambiguity search space and low search efficiency. For this reason，choosing the direction cosine matrix to describe the attitude and UPS/Uyro attitude determination model was established. The float solution of integer ambiguity was calculated by matrix kalman filter algorithm，and then the fixed solution of integer ambiguity was obtained by MC-Lambda method. Simulation experimental results showed that the accuracy of float solution by Kalman filter algorithm with constraints of direction cosine matrix are improved，so the computational efficiency and the fixing success rate of the fixed integer ambiguity are all improved，particularly when UPS observations is in the bad observation condition.
- GPS /
- attitude determination /
- integer ambiguity resolution /
- MC-Lambda method /
- direction cosine matrix /
- Kalman filter /
- gyro

[1]	宋会杰, 董绍武, 王燕平, 安卫, 侯娟. 基于渐消因子的改进Kalman滤波时间尺度估计算法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2019, 44(8): 1205-1211, 1219. doi: 10.13203/j.whugis20180065
[2]	刘韬, 徐爱功, 隋心, 王长强. 新息向量的抗差Kalman滤波方法及其在UWB室内导航中的应用 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2019, 44(2): 233-239. doi: 10.13203/j.whugis20170067
[3]	丁国强, 马军霞, 熊明, 周卫东. SINS的SRC-KF姿态估计算法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2016, 41(3): 367-372. doi: 10.13203/j.whugis20140115
[4]	甘雨, 隋立芬, 戚国宾, 张鹤. 陆地导航中GNSS/陀螺仪组合实时测姿方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(3): 379-383.
[5]	张小红, 潘宇明, 左翔, 汪杰. 一种改进的抗差Kalman滤波方法在精密单点定位中的应用 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(7): 858-864. doi: 10.13203/j.whugis20130577
[6]	王世进, 秘金钟, 李得海, 祝会忠. GPS/BDS的PTK定位算法研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2014, 39(5): 621-625. doi: 10.13203/j.whugis20120139
[7]	李增科, 王坚, 高井祥, 谭兴龙. 利用SVM的GPS/INS组合导航滤波发散抑制方法研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2013, 38(10): 1216-1220.
[8]	冯威, 黄丁发, 严丽, 李萌. GNSS双频整周关系约束模糊度算法研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2012, 37(8): 945-948.
[9]	何正斌, 聂建亮, 吴富梅, 张菊清. 利用随机系数矩阵的GNSS/INS组合导航Kalman滤波算法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2012, 37(9): 1036-1040.
[10]	戴吾蛟, 伍锡锈, 罗飞雪. 一种利用增广参数Kalman滤波的GPS多路径效应处理方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2012, 37(4): 423-427.
[11]	何正斌, 吴富梅, 聂建亮. 先验协方差阵误差对动态Kalman滤波解的影响 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2011, 36(1): 34-38.
[12]	归庆明, 韩松辉. Kalman滤波模型误差的修复 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2010, 35(8): 983-987.
[13]	阮仁桂, 郝金明, 刘勇. 正反向Kalman滤波用于动态精密单点定位参数估计 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2010, 35(3): 279-282.
[14]	汪志明, 花向红, 陈远, 郭斐. GPS/DR组合Kalman滤波模型及性能分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2009, 34(9): 1102-1105.
[15]	李博峰, 沈云中. 附有约束条件的GPS模糊度快速解算 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2009, 34(1): 117-121.
[16]	张双成, 叶世榕, 万蓉, 陈波. 基于Kalman滤波的断层扫描初步层析水汽湿折射率分布 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2008, 33(8): 796-799.
[17]	伊廷华, 李宏男, 伊晓东, 王国新. 基于自适应噪声抵消与小波滤波的GPS监测误差分析 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2006, 31(11): 995-998.
[18]	吴万清, 宁龙梅, 朱才连. 一种单频单历元GPS整周模糊度的解算方法 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2005, 30(6): 497-501.
[19]	马攀, 孟令奎, 文鸿雁. 基于小波分析的Kalman滤波动态变形模型研究 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2004, 29(4): 349-353.
[20]	邵建平, 沈鹤鸣, 宋光普. 抗SA影响的卡尔曼滤波技术 . 武汉大学学报 ● 信息科学版, 1994, 19(3): 274-279.

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GPS/陀螺组合测姿中整周模糊度的快速解算

¹61081部队北京 100094;²信息工程大学地理空间信息学院河南郑州 450052;³61741部队北京 100094;⁴61206部队北京 100042

基金项目: 国家自然基金资助项目41274016 41174006 40974010

作者简介:
王冰博士主要从事现代测量数据处理、GNSS姿态确定算法研究

收稿日期: 2013-06-18
刊出日期: 2015-01-05

中图分类号: P228

关键词:

摘要: 采用方向余弦矩阵描述姿态,建立GPS/陀螺组合姿态确定系统模型,由矩阵Kalman滤波方法解算整周模糊度的浮点解,然后再利用MCLambda方法得到整周模糊度固定解。仿真实验结果表明,附加方向余弦矩阵约束的Kalman滤波方法可以有效地提高整周模糊度浮点解的精度,使得整周模糊度的固定成功率和效率均得到提高,尤其是在GPS观测条件较差的情况下。

English Abstract

Rapid Resolution of Integer Ambiguity in Integrated GPS/Gyro Attitude Determination

¹Unit 61081 Beijing 100094 China;²Institute of Surveying and Mapping Information Engineering University Zhengzhou 450052 China; ³Unit 61741 Beijing 100094 China;⁴Unir 61206 Beijing 100042 China

Received Date: 2013-06-18
Publish Date: 2015-01-05

Keywords:

Abstract: One of key issues in the aspect of UPS-based attitude determination that must be solved is to estimate the unknown integer ambiguities. Single-epoch attitude ambiguity resolution can be achieved by using MC-Lambda method，which fully exploited the known geometry constraints of the multi-an-tennae configuration. This method does not need to consider cycle slip problem. However，the float solution precision of integer ambiguity is low based on UPS pseudo-range and carrier phase observations，which leads to large ambiguity search space and low search efficiency. For this reason，choosing the direction cosine matrix to describe the attitude and UPS/Uyro attitude determination model was established. The float solution of integer ambiguity was calculated by matrix kalman filter algorithm，and then the fixed solution of integer ambiguity was obtained by MC-Lambda method. Simulation experimental results showed that the accuracy of float solution by Kalman filter algorithm with constraints of direction cosine matrix are improved，so the computational efficiency and the fixing success rate of the fixed integer ambiguity are all improved，particularly when UPS observations is in the bad observation condition.

王冰, 隋立芬, 王威, 马成. GPS/陀螺组合测姿中整周模糊度的快速解算[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(1): 128-133.

引用本文:

王冰, 隋立芬, 王威, 马成. GPS/陀螺组合测姿中整周模糊度的快速解算[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2015, 40(1): 128-133.

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作者简介: 王冰博士 主要从事现代测量数据处理、GNSS姿态确定算法研究

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出版历程

GPS/陀螺组合测姿中整周模糊度的快速解算

161081部队北京 100094;2信息工程大学地理空间信息学院河南 郑州 450052;361741部队北京 100094;461206部队 北京 100042

作者简介: 王冰博士 主要从事现代测量数据处理、GNSS姿态确定算法研究

English Abstract

Rapid Resolution of Integer Ambiguity in Integrated GPS/Gyro Attitude Determination

1Unit 61081 Beijing 100094 China;2Institute of Surveying and Mapping Information Engineering University Zhengzhou 450052 China; 3Unit 61741 Beijing 100094 China;4Unir 61206 Beijing 100042 China

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王冰博士主要从事现代测量数据处理、GNSS姿态确定算法研究

¹61081部队北京 100094;²信息工程大学地理空间信息学院河南郑州 450052;³61741部队北京 100094;⁴61206部队北京 100042

作者简介:
王冰博士主要从事现代测量数据处理、GNSS姿态确定算法研究

¹Unit 61081 Beijing 100094 China;²Institute of Surveying and Mapping Information Engineering University Zhengzhou 450052 China; ³Unit 61741 Beijing 100094 China;⁴Unir 61206 Beijing 100042 China