对于PPP/INS紧组合滤波模型的具体解算实施    石歧云梯出租, 石歧云梯租赁, 石歧云梯    闭环校正(1)状态误差改正本文PPP/INS紧组合中的状态向量包含了位置、速度、姿态、加速度计和陀螺的常值零偏、天顶方向对流层湿延迟、星间单差消电离层模糊度。可是，由于PPP/INS紧组合使用EKF作为参数估计方法，因而实际估计的是状态误差，而非状态本身。当估计得到这些状态误差后，需要将它们改正到状态的预测更新值上，从而得到状态的量测更新值。当得到当前历元的状态量测更新值后，显然它们直接就变成了下一个历元的预测更新初始值。需要注意，文中一些叫法或使读者迷惑(比如，状态向量、状态参数、待估参数)，但它们很多时候表示相同含义，请根据实际语境去理解。特别注意，应当依据这些误差是如何定义的来进行改正。在三章中，对误差进行了详细定义，并基于这些定义推导了惯性导航误差方程。这些误差定义亦和泰勒展开中的误差定义保持一致，这样就能避免不必要的混乱。

     (2)常值零偏补偿在本文PPP/INS紧组合滤波解算中，可估计出加速度计和陀螺的常值零偏。那么，可将这些常值零偏反馈补偿给加速度计和陀螺的实际输出，以提高惯性导航本身的精度。特别是当GNSS卫星数目不足时，常值零偏反馈补偿的优势会更加显现，此时组合导航误差累积的会更慢些。可得到常值零偏的量测更新值，到下一个历元时，它即变为预测更新值。按照下两式就能实现反馈补偿，然后使用补偿后的加速计和陀螺输出，进行惯性导航解算。 进行对比，可以发现：进行误差改正时，要将状态误差加到状态预测更新值上；进行常值零偏补偿时，要从原始观测值上减去常值零偏。需要注意以上的区别。

      杠杆臂改正组合导航的核心是将来自不同导航传感器的导航信息进行融合。在融合之前，需要保证这些导航信息的时空一致性。在GNSS与INS组合中，所用GNSS接收机和惯性导航设备通常是两套独立的设备，这导致了两者导航信息的时空不一致。时间一致性或称时间同步，通常依靠硬件来实现，时间同步误差会带来额外的导航误差，因此需要确保一定的时间同步精度，以满足整个组合系统的精度需求。在进行组合导航硬件设备集成时，需优先考虑时间同步问题。现实中，很难做到完全的时间同步。以本文所用GNSS接收机与INS为例，GNSS接收机总在整秒点进行观测，却没有INS整秒点的数据与之对应。为了解决这个问题，可进行数据内插，很多文献介绍了数据内插算。空间一致性主要是指测量出INS导航中心指向GNSS接收机天线相位中心的杠杆臂向量，并在导航信息融合时加以改正。在组合导航解算时，若不进行杠杆臂改正，将会引入额外的误差。对杠杆臂的影响做了详细的分析，他的研究表明若在组合导航解算中不考虑杠杆臂改正，在所估计的位置、速度、姿态参数中均会引入误差。Petevello(2003)的研究表明，若想获取厘米级精度的组合定位结果，那么杠杆臂的测量精度也应该在厘米级。由于本文研究主要面向测绘用户，对组合结果精度有较高要求，因此需要认真对待杠杆臂的测量与改正。 对于机载航空摄影测量的某些场景，由于飞机水平姿态变化幅度大，为了使镜头始终正对地面，可能使用了平台稳定装置，此时INS导航中心指向GNSS接收机天线相位中心的杠杆臂会不断变化。此种情况下，需要在组合滤波解算中对杠杆臂参数进行估计，研究了杠杆臂估计方法。但是，若是杠杆臂保持不变，可使用全站仪等设备测量出杠杆臂。然后，根据以下两式，在组合滤波解算中进行改正。

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      算例分析以武汉实验和青岛实验为算例，对所构建的模糊度固定解PPP/INS紧组合滤波模型进行验证和分析。两组实验的采集地点、时间和具体观测环境均不同，但是观测条件均较为良好，适合去做模糊度固定解。两组实验使用了相同型号的组合导航设备(SPAN-LCI)，均架设有基准站接收机，因此可以使用与该设备配套的IE软件获取高精度参考轨迹。以本章研究作为理论基础，在作者研发的PPNav软件中加入了PPP/INS紧组合滤波解算模块，可实现模糊度浮点解或固定解解算、可实现非差或星间单差模型切换、可同时使用GPS和GLONASS卫星的观测数据。必须指明的是，与二章中的车载动态实验算例不同，本章在对车载实验数据进行模糊度固定解PPP/INS紧组合解算时，不再对模糊度进行FixandHold(模糊度保持)操作(Takasu2013)，也不对位置固定解进行反馈约束(在INS作用下，这会形成类似FixandHold的效果)，以便分析紧组合滤波解算本身的质量以及实际的模糊度固定效果。下文章节的相关算例，亦遵循此设置。之所以这样做，是因为：若对模糊度FixandHold(这是一种最强约束)，其后的模糊度可全固定，并输出十分大的ratio值。而仅在卫星数目变化(通常是增加)等一些情况，ratio值才会减小。显然，这不能反映实际的固定效果。

       实验车上架设有一台76GPS+GLONASS双系统双频接收机(1Hz)和一款战术级别的INS(200Hz，陀螺零偏为1deg/h)。两设备间的杠杆臂已经进行测量并在解算中进行了改正。关于实验和设备的具体介绍可参考附录B。实验过程中还架设有基准站接收机，车载流动站与基准站的距离约10km。故而可以使用加拿大NovAtel公司出品的商用软件IE，以DGNSS/INS紧组合平滑模式进行后处理解算。解算结果的标称误差如下：位置为厘米级、速度为厘米每秒级、姿态角优于0.01deg。因此可把IE的解算结果作为参考值。 在实验最初的约9分钟，实验车处于静止状态，因此可以使用此静止段的INS数据进行初始对准。对其后的INS数据与流动站GNSS接收机观测数据(GPS+GLONASS)，使用作者研发的PPNav软件，按照如下两种方案进行解算：①模糊度浮点解PPP/INS紧组合；②模糊度固定解PPP/INS紧组合(新组合)。将两种方案解算得到的位置、速度和姿态结果与参考值做比较，得到它们的误差结果。对于模糊度固定解PPP/INS紧组合，滤波解算中所固定的星间单差宽巷模糊度、星间单差窄巷模糊度数目。在有些时间段，所固定的星间单差窄巷模糊度数目要少于所固定的星间单差宽巷模糊度数目，这表明在这些时段进行了部分模糊度固定。本次实验的整周模糊度解算ratio值可参考。可以发现：(1)先观察，大约需要10分钟，模糊度固定解PPP/INS紧组合(方案②)可获取首次固定解，一旦模糊度成功固定，位置误差迅速由分米级降低到厘米级，且其后的位置误差始终保持在厘米量级。(2)再观察，模糊度浮点解PPP/INS紧组合(方案①)的位置误差不很稳定且量级上也要更大些。这主要是因为模糊度未收敛完全且不稳定。而在方案②中，当模糊度收敛到一定程度时，通过模糊度固定，充分利用起模糊度的可固定(整数)特性，将含模糊度的相位观测值转变成了高精度的绝对距离观测值，因而获取稳定的厘米级定位精度。(3)综合位置误差的RMS和STD这两个统计指标，与模糊度浮点解PPP/INS紧组合相比，模糊度固定解PPP/INS紧组合的定位精度和稳定性均有显著改善。

    

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