多天线GNSS/INS精密定姿关键算法研究

The attitude determination and their precision assessments of the mobile platform (such as vehicle, ship borne，airborne etc.) are the prerequisite and guarantee to complete many tasks.Multi-antenna GNSS/INS integrated system can overcome the problems of the single-antenna system that attitude estimators are not accurate and their precision assessments are higher because their observabilities are poor without attitude observations. But there are still the following problems in this system: 1) due to the limited scope of the mobile platform, the baseline between multiple antennas is very short, how to improve the precision of the dynamic short baseline is the key of the GNSS attitude determination; 2) How to eliminate the attitude deviation because the body frame between the multi-antenna and INS system isn’t consistent in the data fusion.. The idea for resolving the above key problems is put forward in this project. Make use of the favorable condition that the relative positions between the multi antennas is fixed, all the short baselines are processed simultaneously using the GNSS network. In the data fusion model, the attitude deviation is estimated and corrected as the state parameters. . This project has the important practical value for extending the GNSS/INS into more fields.

姿态信息的精确确定及精度评估是移动平台（如车载、船载、机载等）完成各项任务的前提和保障。多天线GNSS/INS组合系统由于增加了多天线GNSS姿态观测信息，克服了以往单天线组合系统中姿态参数可测性较差，导致姿态估计不准及精度评定偏高的问题。但是多天线GNSS/INS组合系统还存在以下问题：1）由于移动平台范围限制，多个天线之间的基线比较短，如何提高动态短基线解算精度是多天线GNSS测姿的关键；2）在数据融合处理中，如何消除由于多天线确定的载体系与INS的载体系方向不一致而导致的姿态偏差,实现多天线GNSS/INS数据的融合处理。. 本项目围绕上述关键问题，提出如下解决思路：提出利用多个天线形成的相对位置固定的小局域网的有利条件，将多条短基线进行网解处理；在数据融合模型方面，将姿态偏差作为状态参数进行估计。本项研究对拓展GNSS/INS的应用领域具有重要的实用价值。

多天线GNSS/INS组合可以为用户提供连续、可靠的位置、速度、姿态信息，避免以往姿态仅依赖INS，导致姿态精度比较差且评估困难，在航空、远海等领域具有比较好的应用前景。但是解决好这一难题，移动平台的多天线基线精确解算、主天线精确定位及多系统GNSS/INS融合处理仍是关键问题。项目组经过四年的研究，在以下方面取得了比好的进展： . 在移动平台多天线基线解算方面： 1）提出采用基线网同步解算方法，结合ratio值、基线网闭合环模糊度和为0、基线单位权中误差估值等联合检验准则。2）分析了不同基线数约束对基线解算中码粗差探测和相位周跳探测的影响。结果表明，基线解算的可靠性和精度都得到了提高。. 在主天线多GNSS精密定位方面：1）提出了固定参考星的PPP定位方法，大大简化了PPP定位处理模型；2）对影响GNSS精密定位的卫星钟差和大气改正模型进行了研究；3）对不同导航系统间是否存在系统偏差（ISB）进行了分析。这些研究为多系统卫星联合定位提供了保障。. 在多天线GNSS/INS是数据融合处理方面：构建了位置速度姿态的GNSS/INS全组合模型；提出结合Allan方差和位置误差积累对MEMS INS进行精度评估，为融合模型提供更合理的随机模型构建方案；对结果和商用IE软件进行比较，方位角精度和IE软件相当，俯仰和横滚角结果优于IE软件。