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基于低成本GNSS及气压计的高架桥环境定位与判别方法研究

李博  
【摘要】:近年来,城市导航的需求激增推动了低成本全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)接收机的大规模普及,受限于硬件设备的性能,低成本GNSS接收机的观测精度容易受到城市环境的影响,尤其在高架桥环境下,很难保证导航的可靠性。本文针对低成本GNSS接收机,围绕定位算法与高架桥环境判别进行了以下几个方面的工作:1、研究了低成本接收机双模多观测量组合定位:建立了全球定位系统(Global Positioning System,GPS)和北斗导航卫星系统(Bei Dou Navigation Satellite System,BDS)双模(GPS/BDS)载波平滑伪距、多普勒辅助伪距及多普勒测速的载波平滑伪距三种组合定位模型,并比较了不同模型的定位效果。结果表明,多普勒测速的载波平滑伪距相对于其他两种定位模型总体表现更佳,动态实验中多普勒测速的载波平滑伪距定位的精度相对于伪距定位在东北天方向上分别提升了34.21%、43.60%、8.90%。2、探讨了城市高架桥环境下的GNSS定位策略:评估了接收机自主正值性检测(receiver autonomous integrity monitoring,RAIM)技术在高架桥环境定位中应用的可行性;研究并对比了等权、高度角、信噪比、综合加权、验后定权多种GPS/BDS加权方案;从序贯最小二乘残差平方和增量的定义出发,推导出了Kalman滤波中用于粗差探测的卡方增量的一般表达式,并以此建立了基于卡方增量的抗差Kalman滤波;最终形成了融合多观测量的GPS/BDS双模验后加权抗差Kalman滤波模型,其高架桥环境定位解精度较传统Kalman滤波结果在东北天方向上分别提升了59.97%、3.57%、44.97%。3、研究了高架桥环境判别方法:基于所提出的定位模型的计算结果构建了高架桥先验判决概率因子,建立了综合高程精度因子、卫星遮挡率、多普勒频移历元差、高架桥先验判决概率、卫星信号功率均值及标准差的特征向量;设计并实现了基于支持向量机的高架桥环境判别模型。实验结果表明,嘉闵高架桥和中环高架桥的判别准确率分别达到82.205%和96.978%。在此基础上,进一步引入气压计观测,将高架桥环境判别准确率提升至99.177%和97.734%。


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