GNSS／INS组合系统模型精化及载波相位定位测姿

甘 雨

信息工程大学地理空间信息学院，河南 郑州450001

INS不依赖外部信号源，抗干扰性强，以高采样率输出导航信息，但其误差随时间积累，GNSS导航结果长期稳定性较高，但存在采样率较低、信号易受干扰等缺点，将两者组合形成GNSS／INS系统可以最大程度发挥各自优势。提升硬件水平能改善导航定位性能，但成本巨大，短期内收效甚微。如何在现有硬件水平下完成各项导航定位任务是当前极为重要和迫切的问题。

GNSS／INS组合系统采样率高、连续性好、输出参数全面，已渗透到国民经济发展和国防建设的各个领域，不同用户对组合系统的要求不同，如在航空航天中完好性及连续性要求严格，测绘和地球动力学要求定位精度高，陆地车辆导航关注设备成本；某些应用领域仅需位置速度信息，而越来越多的用户要求导航系统能够提供可靠的姿态信息。在不同的应用背景下，所面临的重点难点问题不同，需根据实际情况采用相应的数据处理方法，实现性能和成本最优化。

本文对GNSS／INS组合系统数据处理及GNSS／INS载波相位精密定位、测姿的理论进行了系统深入的研究，内容涵盖GNSS／INS组合导航数据处理模型的精化改进、GNSS／RISS系统滤波模型建立、INS辅助GNSS精密定位、GNSS多天线测姿。论文的主要研究内容如下：

（1）提出了基于噪声建模的EMD区间阈值消噪方法，有效削弱了惯性元器件的随机误差；利用时频分析方法建立了组合导航先验滤波模型，克服了传统依经验确定滤波参数的缺点；采用时间差分载波相位与伪距进行双周期更新，精度优于传统伪距紧组合导航。

（2）设计了一种GNSS／RISS双滤波器组合模式，将航向角和位置速度分别滤波，使得状态模型和观测模型均为线性形式，提高了计算效率和实时性；由GNSS单天线与陀螺仪组合构建的航向角滤波器，兼顾了陀螺仪的短期高精度和GNSS测姿的长期稳定性。

（3）提出了INS辅助GNSS实时动态单频周跳探测方法，推导了INS虚拟观测值辅助GNSS模糊度解算的随机模型，提高了模糊度固定的正确率和效率，提出了利用INS几何信息辅助模糊度单历元直接固定的方法，该方法无须对模糊度进行搜索，效率极高。

（4）在基线－姿态解算方式中，使用基线信息构成虚拟观测方程辅助模糊度解算，提高了固定成功率；在观测值－姿态解算方式中，将自适应抗差Kalman滤波用于观测值直接瞬时测姿，构建了状态模型及自适应因子，有效提高了模糊度浮点解的精度和稳定性。