GNSS/Locata/INS无缝组合导航的数据融合与可靠性理论

The project is to study the data fusing algorithm and the reliability analysis theory for GNSS/Locata/INS integrated system, and hence to achieve seamless navigation in urban canyon with signal obstructions, tunnels, bridges and signal reflections, which is currently an urgent demand for various applications. Firstly, the Locata positioning algorithms are investigated. Based on analyzing the error characteristics of Locata measurements, we study the optimal parameterization of the function model, so as to establish suitable positioning function and stochastic model; Secondly, with the accurate Locata positioning modelization, we further study the optimal fusing method for combining data from GNSS, Locata, and INS, as well as the adaptive filtering algorithm of the function and stochastic model. The GNSS and Locata ambiguity resolution method is further investigated with the feedback of INS information. Also, the partial ambiguity fixing algorithm mixing GNSS and Locata ambiguities are further studied, so a to improve the successful rate of ambiguity resolution, as well as the navigation accuracy; Thirdly, the reliability analysis theory and hypothesis test algorithm applied in GNSS/Locata and GNSS/Locata/INS integration systems are investigated, with the aim to effectively assess the system overall performance when different integration methods and filtering algorithms are used. Finally, we try to develop a software package for GNSS/Locata/INS integrated navigation to evaluate the theoretical fundings.

针对城市中心区域复杂环境下无缝导航的迫切需求，本项目研究卫星导航系统（GNSS）、Locata定位系统及惯导系统（INS）无缝组合导航的数据融合方法及其可靠性理论。主要研究内容如下：1）研究Locata观测数据的误差特性及其函数模型的参数化方式；建立有效的随机模型和函数模型；2）研究GNSS、Locata、INS组合系统的数据最优融合方法，以及函数模型和随机模型的自适应修正算法；研究INS信息辅助的GNSS、Locata模糊度解算方法以及部分模糊度的固定算法，提高组合系统中模糊度的固定率；3）研究GNSS/Locata、GNSS/Locata/INS组合系统的可靠性理论、统计假设检验算法，建立有效的系统可靠性和完善性评估体系。根据上述理论研究成果，开发GNSS/Locata/INS组合定位软件包。

随着信息化和城市化进程的迅速发展，无缝导航定位的市场需求日趋增加，因此，项目利用GNSS，Locata，WiFi/iBeacon和惯性导航系统（INS）等多传感器建立高精度城市无缝导航系统，研究影响导航定位模型精度和可靠性的诸多因素。精度和可靠性是衡量导航定位系统性能的两个重要指标。本项目从导航系统误差特性、定位模型和理论算法三方面研究了影响系统导航定位精度和可靠性的各项因素。这些数据分析和理论方法对于多源信息融合导航系统的整体性能提升具有重要意义。. 项目主要取得了以下理论研究成果：1）研究了Locata观测值误差的空间分布特性，优化了定位的随机模型，采用抗差估计有效改善了特定区域内的定位精度和可靠性。2）研究探讨了GNSS定位模型观测残差的显著性检验方法，卫星钟差的抗差估计、建模和预报方法，以及BDS三类卫星的随机模型误差对导航系统精度、可靠性及完好性的贡献及影响程度。3）基于统计假设检验，改进了粗差探测法的可靠性理论，推导简化模型并实现了粗差误判概率的估计和控制，提出了中位数抗差估计的无偏方法。4）研究了WiFi/iBeacon室内指纹定位法，对室内环境下WiFi和iBeacon信号衰减规律及接收信号强度的统计特征进行了分析，给出了位置指纹法的定位精度评估指标。. 研究成果发表了8篇SCI刊物论文，2篇EI论文；参加国际/国内学术会议5次，做口头报告4次，张贴报告1次；项目成果获上海市科技进步二等奖；联合培养了3名硕士生，目前在读硕士研究生3名。. 项目关于粗差误判概率和粗差可区分性的研究是对现有大地测量可靠性理论的扩展和完善，在多源数据融合导航定位中有重要应用前景。关于GNSS非模型化误差显著性检验方法的研究可用于衡量GNSS定位解算模型的有效性，进而为函数模型改正和随机模型补偿提供依据，在高精度GNSS数据处理中有较好的应用前景。