復(fù)雜城市環(huán)境多模RTK/SINS 緊組合定位性能分析

李兆哲，戴吾蛟，鄭 彬，余文坤，潘 林

（1. 中南大學(xué) 地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，長沙 410083；2. 湖南北云科技有限公司，長沙 410083）

0 引言

在眾多導(dǎo)航技術(shù)中，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（global navigation satellite system, GNSS）可以為用戶提供全天候的位置、速度、時間信息，受到了廣泛關(guān)注及應(yīng)用[1]。其中，美國的全球定位系統(tǒng)（global positioning system, GPS）作為全球首個衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，始建于20世紀(jì)70年代，廣泛應(yīng)用于軍事、民用等多個領(lǐng)域。其他國家也相繼建立自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，主要包括俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（global navigation satellite system,GLONASS）、歐盟伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Galileo satellite navigation system, Galileo）、我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou navigation satellite system, BDS）等全球系統(tǒng)；日本準(zhǔn)天頂衛(wèi)星系統(tǒng)（quasi-zenith satellite system, QZSS）和印度區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（ Indian regional navigation satellite system,IRNSS）等區(qū)域系統(tǒng)。各大衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展，使得衛(wèi)星觀測數(shù)目大大增加，極大地提升了GNSS的定位性能[2]。

基于載波相位的GNSS 實時動態(tài)差分（real-time kinematic, RTK）技術(shù)，在GNSS 觀測條件較好時，可以實現(xiàn)連續(xù)可靠的厘米級定位，該項技術(shù)已廣泛應(yīng)用到導(dǎo)航定位領(lǐng)域[3]。但是面對城市復(fù)雜環(huán)境，如城市高樓、樹蔭等地物遮擋等，將引起衛(wèi)星信號頻繁失鎖及帶來觀測粗差，嚴(yán)重影響了GNSS RTK的定位精度。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（inertial navigation system, INS）作為一種相對定位系統(tǒng)，在短時間內(nèi)具有較高的定位精度，與GNSS 具有極強的互補性，二者組合可以提升GNSS 定位在復(fù)雜城市環(huán)境中的連續(xù)性、可靠性和可用性[4-5]。而INS 主要分為平臺式慣導(dǎo)（platform inertial navigation system,PINS）和捷聯(lián)式慣導(dǎo)（strap-down inertial navigation,SINS），二者的物理本質(zhì)相同，但PINS 采用物理平臺模擬導(dǎo)航坐標(biāo)系，SINS 采用數(shù)學(xué)平臺，SINS 相較于PINS 更易與其余傳感器進(jìn)行組合安裝，其應(yīng)用范圍更廣[6]。

GNSS/SINS 的組合方式在算法模型上可以分為松組合和緊組合，相較于松組合，緊組合通過對GNSS 和INS 的原始觀測信息進(jìn)行組合，在GNSS衛(wèi)星數(shù)不足4 顆無法定位時，也能充分利用GNSS相位觀測值約束組合導(dǎo)航結(jié)果的發(fā)散，獲取較松組合魯棒性更強、精度更高的定位結(jié)果[7]，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在GNSS 觀測質(zhì)量較差的場景。文獻(xiàn)[8-9]對GPS RTK/SINS 緊組合在城市等復(fù)雜環(huán)境下的導(dǎo)航性能進(jìn)行了分析，但由于單GPS 衛(wèi)星數(shù)較少，在大部分歷元無法實現(xiàn)固定解，而且在GPS 信號中斷期間，定位誤差會快速累積。隨著多模GNSS 的迅猛發(fā)展，多星座GNSS RTK/SINS 定位技術(shù)成為研究熱點，文獻(xiàn)[10]對城市環(huán)境下GPS、GPS/BDS RTK以及RTK/INS 緊組合進(jìn)行了分析，表明緊組合提升了定位可靠性和可用性，但僅對 GPS/BDS 雙模RTK/SINS 緊組合進(jìn)行了定位分析。文獻(xiàn)[11]研究分析了多星座 GNSS/INS 緊組合方法模型及其定位性能，但僅分析證明了衛(wèi)星數(shù)小于4 顆時緊組合定位的優(yōu)越性。文獻(xiàn)[12]考察了惡劣城市環(huán)境下，RTK/SINS 緊組合的定位精度及模糊度固定性能，證明多星座RTK/SINS 緊組合可以顯著提升模糊度固定率，但并未分析不同星座組合的RTK/SINS 緊組合的定位性能。綜上所述，目前緊組合研究定位參考坐標(biāo)，均為利用實測數(shù)據(jù)的雙向平滑緊組合結(jié)果，同時對多模GNSS RTK/SINS緊組合定位在復(fù)雜城市環(huán)境下的研究有限，對于復(fù)雜城市環(huán)境的劃分、不同環(huán)境對緊組合定位的影響程度以及緊組合在復(fù)雜城市環(huán)境的定位性能不明確。而GNSS 虛擬掩模技術(shù)使用不同模板對衛(wèi)星進(jìn)行遮擋，對實際環(huán)境的衛(wèi)星觀測進(jìn)行仿真，是對定位性能進(jìn)行評估的有效手段[13-15]。因此，本文首先以開闊環(huán)境GNSS RTK/SINS 緊組合雙向平滑結(jié)果作為參考值，利用虛擬掩模仿真方法模擬城市各類典型遮擋環(huán)境及其組合，并通過加入隨機粗差等方式，仿真得到城市復(fù)雜環(huán)境下GNSS 觀測值的方法，系統(tǒng)分析多星座組合GNSS RTK/SINS 緊組合在復(fù)雜城市環(huán)境下的導(dǎo)航定位性能。

1 GNSS RTK/SINS 緊組合算法模型

為方便評估分析，本文采取常用GNSS RTK/SINS緊組合算法模型，主要是利用擴展卡爾曼濾波（extended Kalman filter, EKF）將GNSS、SINS 觀測信息進(jìn)行融合，主要涉及狀態(tài)方程和觀測方程的構(gòu)建。

1.1 地心地固系下狀態(tài)方程

本文采用的是短基線RTK，雙差電離層、對流層延遲殘余誤差可以忽略，因此RTK/SINS 緊組合的狀態(tài)誤差估值向量表示為

式中：aτ、gτ分別為加速度計、陀螺零偏誤差相關(guān)時間，一般通過艾倫（Allan）方差分析提??；aξ、gξ分別為加速度計、陀螺儀零偏誤差噪聲。

衛(wèi)星更替時需要重新對雙差模糊度進(jìn)行搜索固定，假如有序號為1、2、3、4、5 的五顆衛(wèi)星，其站間單差模糊度為ΔNi，i為序號，假設(shè)參考衛(wèi)星為2，則其站星雙差模糊度可以表示為

若此時的參考衛(wèi)星更替為3，且有新加入的衛(wèi)星6 時。此時衛(wèi)星1、2、3、4 的雙差模糊度可以表示為

對于新加入的衛(wèi)星6 的雙差模糊度，可通過衛(wèi)星1、2、3、4 已固定的雙差模糊度進(jìn)行反算賦初值，再進(jìn)行搜索固定，最后再擴增至雙差模糊度列向量即可。

對于模糊度的約束及搜索固定部分，緊組合利用SINS 遞推的精確位置，計算衛(wèi)地距約束，提升了模糊度協(xié)方差矩陣精度，減小了模糊度搜索空間，模糊度搜索方法使用最小二乘降相關(guān)分解（least-square ambiguity decorrelation adjustment,LAMBDA），具體算法參見文獻(xiàn)[16]。而在衛(wèi)星穩(wěn)定時，雙差模糊度不隨時間變化，其誤差狀態(tài)方程建模為

由于GNSS/SINS 緊組合是直接利用GNSS 和慣導(dǎo)的原始觀測信息進(jìn)行組合，因此在對狀態(tài)量進(jìn)行下一步預(yù)測時，GNSS 的模糊度參數(shù)與慣導(dǎo)的誤差狀態(tài)量同步進(jìn)行時間更新。因此，狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程表示為

1.2 地心地固系下觀測方程

由于GNSS 接收機天線相位中心和SINS 器件中心不重合，因此在構(gòu)造緊組合觀測方程時，需要考慮慣導(dǎo)到GNSS 天線相位中心的杠桿臂誤差，可表示為

RTK/SINS 算法模型流程圖如圖1 所示。

圖1 GNSS RTK/SINS 緊組合定位算法模型

2 實驗與結(jié)果分析

2.1 數(shù)據(jù)采集與解算策略

為了分析驗證復(fù)雜城市環(huán)境下 GNSS RTK/SINS 緊組合定位算法模型的定位精度，對兩組車載實測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采樣時間為2020-10-21，采集地點為長沙市中電軟件園，基準(zhǔn)站架設(shè)在居民樓樓頂，基準(zhǔn)站接收機使用湖南北云科技有限公司的BY682，實驗車上裝載了該公司生產(chǎn)的X1 系列組合導(dǎo)航接收機，其GNSS 板卡為湖南北云科技有限公司自研的C1 多模雙頻板卡，GNSS 和慣導(dǎo)的采樣頻率分別為1 Hz 和125 Hz，慣導(dǎo)參數(shù)如表 1（其中g(shù)為長沙當(dāng)?shù)刂亓铀俣?，其值為g= 9. 8 06 65 m/s2）所示，由表1 可知，本文的所用的慣導(dǎo)為戰(zhàn)術(shù)級別。

表1 慣性器件參數(shù)

車載數(shù)據(jù)采集過程中，基準(zhǔn)站與流動站距離均保持在5 km 以內(nèi)。采用諾瓦泰（Novatel）公司的IE8.8 軟件處理RTK/SINS 緊組合導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)，分析不同GNSS 星座數(shù)據(jù)（雙頻信號）與慣導(dǎo)緊組合的定位性能，為進(jìn)行對比分析，也給出了單獨 RTK 定位結(jié)果。在短基線開闊環(huán)境下，GNSS RTK/SINS 緊組合后處理的絕對定位精度在毫米級。為了驗證RTK/SINS 緊組合在復(fù)雜城市環(huán)境下的真實定位精度，本文根據(jù)城市典型環(huán)境的特性，選取時段對開闊環(huán)境進(jìn)行掩模仿真。本次掩模實驗的車載路線如圖2 所示。

圖2 實驗車載軌跡【審圖號：GS（2021）5770 號】

由圖2 可知，本次實驗選取的是一段比較平直的無遮擋開闊路線，并將開闊環(huán)境的IE8.8 的多模雙頻GNSS RTK/SINS 緊組合雙向平滑結(jié)果當(dāng)作真值，通過定位坐標(biāo)和真值差異、均方根誤差（root mean square error, RMSE）、正確模糊度固定率（厘米級定位解占比）、定位可用率[17]（定位坐標(biāo)水平方向與參考值差異＜0.29 m、高程方向與參考值差異＜1.40 m 占比）來分析仿真掩模復(fù)雜環(huán)境下RTK/SINS 緊組合的定位性能。

2.2 衛(wèi)星可見性及掩模仿真策略

圖3 至圖6 分別給出了實際車載路線的衛(wèi)星天空視圖、可見性、共視衛(wèi)星數(shù)及位置精度衰減因子（position dilution of precision, PDOP）值，圖3至圖6 中：G、C、R、J 分別為GPS、BDS、GLONASS、QZSS，數(shù)字代表衛(wèi)星號。從圖3 至圖6 中可以看出：在該環(huán)境下，不同星座組合的衛(wèi)星的空間分布較好、衛(wèi)星信號未出現(xiàn)頻繁中斷、PDOP 均小于3、衛(wèi)星數(shù)均大于4，表明該開闊環(huán)境GNSS 觀測條件好，可用于后續(xù)分析。

圖3 開闊環(huán)境路線天空視圖

圖4 開闊環(huán)境衛(wèi)星可見性

圖5 共視衛(wèi)星數(shù)

圖6 PDOP 值

本文對于不同復(fù)雜城市環(huán)境的定義劃分主要從衛(wèi)星信號受遮擋的情況進(jìn)行考慮如圖7 所示。由圖7 可知，根據(jù)本次車載路線軌跡車輛的行駛方向及上述特點，將遮擋情況劃分為：1）單側(cè)遮擋（單側(cè)高樓）；2）雙側(cè)遮擋（雙側(cè)高樓、城市峽谷）；3）中間遮擋（高架、立交環(huán)境）；4）全遮擋（橋洞、隧道）；5）頻繁/偶爾遮擋（樹蔭環(huán)境）。同時為了更加真實模擬城市復(fù)雜環(huán)境，設(shè)計了不同的掩模策略，如圖8 所示。

圖7 不同環(huán)境的衛(wèi)星掩模模型

圖8 掩模仿真策略

由圖8 可知，不同的掩模策略是對圖7 模擬的不同環(huán)境的衛(wèi)星掩模模型進(jìn)行了疊加。為更加真實的模擬復(fù)雜城市環(huán)境，首先對觀測值加入隨機粗差，即對偽距觀測值加入5～10 m 的粗差，載波觀測值加入0～0.25 個周期的粗差，不同策略的具體情況如下：

1）策略1（模擬單側(cè)高樓環(huán)境）。利用圖7（a）模型，對266 800.0—267 150.0 s 時段進(jìn)行衛(wèi)星掩模。

2）策略2（模擬雙側(cè)高樓、城市峽谷環(huán)境）。利用圖7（b）模型，對GPS 周內(nèi)秒266 800.0—267 150.0 s時段進(jìn)行衛(wèi)星掩模。

3）策略3（模擬高架、立交環(huán)境）。利用圖7（c）模型，對GPS 周內(nèi)秒266 800.0—267 150.0 s 時段進(jìn)行衛(wèi)星掩模，并且隨機對觀測量加入粗差。

4）策略4（模擬樹蔭遮擋環(huán)境）：利用圖7（d）模型，對GPS 周內(nèi)秒266 800.0—267 150.0 s 時段每隔 20 s 進(jìn)行衛(wèi)星掩模，每次掩模只利用其中3 個遮擋區(qū)域。

5）策略5（模擬單雙側(cè)高樓遮擋、高架、橋洞組合環(huán)境）。利用圖7（a）模型，對GPS 周內(nèi)秒266 800.0—266 899.0 s 時段進(jìn)行衛(wèi)星掩模；利用圖7（b）模型，對GPS 周內(nèi)秒266 900.0—267 150.0 s時段進(jìn)行衛(wèi)星掩模；利用圖7（c）模型對GPS周內(nèi)秒266 900.0—267 150.0 s 時段進(jìn)行衛(wèi)星掩模；同時對GPS 周內(nèi)秒266 910.0—266 921.0、267 030.0—267 054.0 s 時段隨機地利用圖7（e）模型進(jìn)行全衛(wèi)星掩模。

6）策略6（模擬單雙側(cè)高樓遮擋、高架立交遮擋、樹蔭遮擋、橋洞、隧道組合環(huán)境）。利用圖7（b）模型，對GPS 周內(nèi)秒266 800.0—266 900.0 時段進(jìn)行衛(wèi)星掩模；利用圖7（c）模型對GPS 周內(nèi)秒266 850.0—266 900.0 s 時段進(jìn)行衛(wèi)星掩模；利用圖7（a）模型對GPS 周內(nèi)秒266 900.0—267 150.0 s 時段進(jìn)行衛(wèi)星信號掩模；對GPS 周內(nèi)秒266 900.0—267 020.0 s 時段利用圖7（c）模型，每隔20 s 進(jìn)行衛(wèi)星掩模，每次掩模只隨機利用圖7（c）模型中3 個陰影區(qū)域；同時對GPS 周內(nèi)秒266 950.0—266 971.0、267 000.0—267 013.0、267 034.0—267 052.0 s 時段隨機地利用圖7（e）模型進(jìn)行全衛(wèi)星掩模。

表2 給出了不同掩模策略下不同衛(wèi)星組合平均衛(wèi)星數(shù)和平均PDOP。從表2 可以看出，單GPS 無論是在開闊環(huán)境還是在各種仿真掩模策略環(huán)境衛(wèi)星數(shù)較少，PDOP 值較大，僅利用單GPS 無法獲取準(zhǔn)確的定位結(jié)果，因此下文衛(wèi)星系統(tǒng)組合的討論分析 僅 針 對 GPS/BDS 、 GPS/BDS/GLONASS 、GPS/BDS/GLONASS/QZSS（為方便描述，后文以G/C、G/C/R、G/C/R/J 表示）。在開闊環(huán)境和不同的掩模仿真環(huán)境，G/C/R、G/C/R/J 組合的平均共視衛(wèi)星數(shù)和平均PDOP 值相對于G/C 組合均有提升。

表2 不同掩模策略不同衛(wèi)星組合平均衛(wèi)星數(shù)和平均PDOP

2.3 GNSS RTK、RTK/SINS 緊組合定位性能精度分析

圖9 至圖14 給出了不同策略下的定位誤差，表3 至表4 給出了定位性能指標(biāo)，圖15 給出了不同策略性能指標(biāo)對比。從圖9 至圖14 可知，不論何種策略，多衛(wèi)星系統(tǒng)的加入對于RTK、RTK/SINS定位結(jié)果的精度以及穩(wěn)定性提升明顯；不同衛(wèi)星組合的GNSS RTK 定位結(jié)果均出現(xiàn)不同頻率的米級浮點解突刺點，這是由于衛(wèi)星數(shù)目和其幾何分布出現(xiàn)了頻繁變化，尤其在策略6 下，RTK 定位出現(xiàn)了定位精度約10 m 的浮點解，主要是由于衛(wèi)星頻繁更替以及受遮擋嚴(yán)重所致。同時，不同星座組合在仿真環(huán)境定位出現(xiàn)了不同程度的系統(tǒng)偏差，這主要是由于對不同系統(tǒng)衛(wèi)星隨機添加的粗差不均勻造成的。相較于RTK，在各種仿真掩模環(huán)境下，不同衛(wèi)星組合的RTK/SINS 緊組合定位方向精度均顯著增加，緊組合的定位坐標(biāo)精度基本都在1 m以內(nèi)，這意味著在本文的仿真復(fù)雜城市環(huán)境下，多模GNSS RTK/SINS 緊組合可實現(xiàn)亞米級定位精度。

圖9 掩模策略1 定位誤差

圖10 掩模策略2 定位誤差

圖11 掩模策略3 定位誤差

圖12 掩模策略4 定位誤差

圖13 掩模策略5 定位誤差

對于開闊環(huán)境與掩模的單一城市典型環(huán)境，由表3 至表4、圖9 至圖12 可知，開闊環(huán)境下不同衛(wèi)星組合RTK、RTK/SINS 緊組合基本均能實現(xiàn)100%的模糊度固定以及厘米級定位精度及毫米級定位精度；在策略1 模擬的單側(cè)高樓仿真環(huán)境下，GNSS RTK、RTK/SINS 均能獲取到80%以上的模糊度固定率以及 90%以上的定位可用率，此時 RTK、RTK/SINS 緊組在各個方向均能獲取厘米級定位精度。在策略2 模擬的雙側(cè)高樓環(huán)境下，衛(wèi)星遮擋嚴(yán)重，G/C/R/J 組合RTK 僅能實現(xiàn)67.42%的固定率以及81.70%的可用率，在加入SINS 后，定位精度和性能提升明顯，最優(yōu)的G/C/R/J RTK/SINS 緊組合實現(xiàn)了78.23%的模糊度固定率以及100%的定位可用率，水平方向?qū)崿F(xiàn)厘米級定位精度，高程方向定位精度在15 cm 左右。在策略3 模擬的高架立交環(huán)境下，多模G/C/R/J RTK 能實現(xiàn)79.81%的模糊度固定率以及90.28%的定位可用率，定位精度在分米級別，加入SINS 后，最優(yōu)的G/C/R/J RTK/SINS 緊組合實現(xiàn)了90.48%的模糊度固定率以及100%的定位可用率，實現(xiàn)厘米級定位精度；在策略4 模擬的樹蔭遮擋環(huán)境下，衛(wèi)星的頻繁遮擋導(dǎo)致GNSS 觀測條件較差，最優(yōu)的G/C/R/J 組合RTK的固定率僅為68.11%，可用率為76.78%，定位精度在40 cm 左右，SINS 的加入對于模糊度固定率以及定位可用率指標(biāo)有明顯提升，為 75.89%和92.15%，定位精度在15 cm 左右，相對于策略1、策略2、策略3 的固定遮擋環(huán)境，策略4 下緊組合定位性能略差，這主要是衛(wèi)星頻繁失鎖所致。

表3 不同掩模仿真策略不同衛(wèi)星組合RTK、RTK/SINS 緊組合定位固定率與可用率

表4 不同衛(wèi)星組合RTK、RTK/SINS 緊組合各方向定位RMSE 值

而在復(fù)雜組合仿真城市環(huán)境，由表3 至表4、圖13 至圖14 可知，在策略5 下，不同衛(wèi)星組合RTK 結(jié)果在模擬的立交、單側(cè)高樓疊加時段基本無法得到固定解，浮點解精度在1～2 m，這主要是由于該時段衛(wèi)星數(shù)目太少、引入粗差后衛(wèi)星的觀測質(zhì)量差以及數(shù)據(jù)中斷造成的，此時，多系統(tǒng)GNSS 的優(yōu)勢體現(xiàn)了出來，G/C/R/J 在該時段的固定解以及各方向定位的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于G/C、G/C/R/J 組合，相對于G/C、G/C/R 組合，G/C/R/J 組合的RTK 固定解比例為50.46%，定位可用率為60.78%，定位精度水平方向為40 cm 左右，高程方向在60 cm 左右，反映出該模擬組合環(huán)境GNSS 觀測條件較為惡劣，在加入SINS 后，緊組合的定位穩(wěn)定性相對RTK 提升明顯，最優(yōu)的G/C/R/J 組合RTK/SINS 緊組合定位固定率及可用率分別為67.26%，80.51%，其中在GPS 周內(nèi)秒為267 030—267 094 s 的時段，定位偏差出現(xiàn)發(fā)散，這是由于在這時段出現(xiàn)了GNSS 數(shù)據(jù)中斷，導(dǎo)致SINS 誤差累積，而且在這段時間內(nèi)，衛(wèi)星數(shù)目較少、粗差較大造成無法實現(xiàn)固定解，此時最優(yōu)的G/C/R/J RTK/SINS 緊組合定位固定率和可用率分別為67.26%和84.51%，定位精度水平方向在25 cm 左右，高程方向在40 cm 左右。在策略6 下，由圖14 可知，GNSS 數(shù)據(jù)中斷頻繁，在組合環(huán)境時段幾乎為米級浮點解，而G/C/R/J 組合相較于G/C/R、G/C 組合定位穩(wěn)定性更高，且在該時段固定解個數(shù)明顯更多，最優(yōu)的G/C/R/J 組合RTK 定位在加入SINS 后，定位固定率為38.28%，可用率為49.45%，定位精度水平方向在70 cm 左右，高程方向在90 cm 左右，加入SINS 后，定位穩(wěn)定性及精度明顯增加，其中多模GNSS 的優(yōu)勢也體現(xiàn)了出來，在266 838-266 889 s期間，由于組合環(huán)境遮擋，G/C 組合衛(wèi)星數(shù)目已經(jīng)少于4 顆，而G/C RTK/SINS 緊組合雖然在該時段能夠?qū)崿F(xiàn)定位，但各方向的定位結(jié)果均出現(xiàn)了發(fā)散現(xiàn)象，而G/C/R、G/C/R/J 組合雖然此時段也未實現(xiàn)固定解，其定位結(jié)果收斂，但是其中不同衛(wèi)星組合的緊組合定位結(jié)果在多個時段還是出現(xiàn)了略微發(fā)散現(xiàn)象，主要是由于GNSS 數(shù)據(jù)中斷造成的，此時，最優(yōu)的G/C/R/J RTK/SINS 緊組合定位固定率和可用率分別為62.15%和82.36%，定位精度水平方向在30 cm 左右，高程方向在40 cm左右。

不同掩模策略下的緊組合定位性能如圖 15所示，由圖15 可知，最優(yōu)的G/C/R/J/SINS 緊組合隨著仿真掩模環(huán)境的組合復(fù)雜化，定位性能出現(xiàn)明顯下降趨勢，這與衛(wèi)星頻繁更替以及遮擋程度有關(guān)，其中在GNSS 觀測最為惡劣的策略6 組合環(huán)境下，僅能實現(xiàn)62.15%的模糊度固定率以及82.36%的定位可用率，這是由于在遮擋嚴(yán)重區(qū)域，衛(wèi)星頻繁失鎖導(dǎo)致GNSS 無法為SINS 提供準(zhǔn)確的位置信息，使得SINS 獨立導(dǎo)航時間延長，推算的位置誤差變大，影響了定位性能。

圖15 不同組合環(huán)境G/C/R/J/SINS 緊組合定位可用率與模糊度固定率對比

3 結(jié)束語

本文根據(jù)城市典型環(huán)境特點，通過衛(wèi)星掩模手段對 GNSS 觀測條件較好的開闊環(huán)境設(shè)置了不同的復(fù)雜環(huán)境仿真策略，并分析了不同星座組合GNSS RTK、RTK/SINS 的定位性能，得出以下結(jié)論：

1）RTK、RTK/SINS 緊組合隨著多模衛(wèi)星的加入，提升了定位穩(wěn)定性和可靠性，在不同復(fù)雜環(huán)境下均有不同程度的定位性能及精度提升。

2）RTK/SINS 緊組合較RTK 在不同仿真城市復(fù)雜環(huán)境的定位性能、精度提升明顯。在單一固定遮擋的單雙側(cè)高樓環(huán)境、高架環(huán)境下表現(xiàn)良好，各方向基本實現(xiàn)10 cm 以內(nèi)定位精度；在信號頻繁失鎖、遮擋隨機的樹蔭環(huán)境下表現(xiàn)略為遜色，基本實現(xiàn)15 cm 以內(nèi)的定位精度。

3）RTK/SINS 緊組合不能完全解決復(fù)雜城市環(huán)境車道級定位問題，在較為復(fù)雜惡劣的城市環(huán)境僅能實現(xiàn)約62%的模糊度固定率，82%的定位可用率以及水平方向約30 cm，高程方向約40 cm 的定位精度。