一种新的利用历元间位置变化量约束的GNSS导航算法.docx

全球导航卫星系统（GNSS）在全球范围内被广泛应用于各种定位需求，因其全天候、高精度和实时性而受到青睐。传统的标准单点定位（SPP）算法依赖于伪距观测，但由于观测噪声和多路径效应，其定位精度通常在10米左右，且定位结果不连续，无法提供优质的导航体验。为了提升定位精度和结果的平滑性，学者们提出了多种改进算法，其中包括Hatch滤波算法，它利用载波相位平滑伪距，但这种方法在城市环境中因信号中断问题而受限。 针对城市环境中的GNSS信号中断问题，有研究提出了利用历元间载波相位变化量结合多普勒观测值进行定位的算法。通过建立基于速度或加速度的状态方程，利用卡尔曼滤波进行载体状态的估计。然而，这种算法在载体运动状态连续变化时，状态方程的动态噪声可能不满足卡尔曼滤波的理想假设，导致定位结果并不最优。此外，多普勒观测值虽然能提供速度和加速度信息，但在载体运动速度变化大或采样间隔大时，状态方程的准确性会受到影响。 本文提出的是一种基于历元间载波相位差分的新型导航算法。该算法首先通过最小二乘法利用历元间相位变化量来获取精确的位置变化量，从而描述载体的运动状态。然后，它利用伪距观测值，结合扩展卡尔曼滤波（EKF）来估计接收机的位置和钟差信息。这种算法旨在克服传统方法在运动状态连续变化和观测值采样间隔大的局限性，提高定位精度和平滑性。 具体来说，对于单频GNSS接收机，观测模型包括伪距观测方程和相位观测方程，其中包含了卫星到接收机的几何距离、钟差、信号传播延迟、多路径效应以及测量噪声等因素。在差分改正数可用的情况下，可以简化伪距观测方程。通过历元间相位观测值的差分，可以消除大部分广播星历的残余误差，得到更纯净的位置变化量，从而改进定位性能。 在实施过程中，本文采用自主开发的软件对低成本单频u-blox接收机的静态和动态实测数据进行实时处理，以验证新算法的效果。这种方法有望在复杂环境下提供更准确、更连续的导航解决方案，增强用户导航体验，特别是在城市环境和快速移动场景中。通过对比和实证分析，这种基于历元间相位差分的导航算法有望成为未来GNSS导航技术的一个重要补充。