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全球定位系统

GPS-RTK/UWB紧组合精密动态定位性能分析

王生亮 刘根友 高铭 曹士龙 肖恭伟 赵文浩

王生亮, 刘根友, 高铭, 曹士龙, 肖恭伟, 赵文浩. GPS-RTK/UWB紧组合精密动态定位性能分析[J]. 全球定位系统, 2021, 46(2): 69-76. doi: 10.12265/j.gnss.2020110603
引用本文: 王生亮, 刘根友, 高铭, 曹士龙, 肖恭伟, 赵文浩. GPS-RTK/UWB紧组合精密动态定位性能分析[J]. 全球定位系统, 2021, 46(2): 69-76. doi: 10.12265/j.gnss.2020110603
WANG Shengliang, LIU Genyou, GAO Ming, CAO Shilong, XIAO Gongwei, ZHAO Wenhao. Performance analysis of high precision kinematic positioning of GPS-RTK/UWB tight combination[J]. GNSS World of China, 2021, 46(2): 69-76. doi: 10.12265/j.gnss.2020110603
Citation: WANG Shengliang, LIU Genyou, GAO Ming, CAO Shilong, XIAO Gongwei, ZHAO Wenhao. Performance analysis of high precision kinematic positioning of GPS-RTK/UWB tight combination[J]. GNSS World of China, 2021, 46(2): 69-76. doi: 10.12265/j.gnss.2020110603

GPS-RTK/UWB紧组合精密动态定位性能分析

doi: 10.12265/j.gnss.2020110603
基金项目: 国家重点研发计划项目“协同精密定位技术”(2016YFB0501900);国家自然科学基金资助课题(41774017)
详细信息
    作者简介:

    王生亮:(1993—),男,博士研究生,研究方向为多源传感器融合协同精密定位理论与技术、智能优化算法及其应用

    刘根友:(1968—),男,博士研究生,研究员,研究方向为大地测量学与地球重力场、GNSS数据处理

    高铭:(1992—),男,博士研究生,研究方向为GNSS/INS组合定位、多源融合定位

    通讯作者:

    刘根友 E-mail:liugy@whigg.ac.cn

  • 中图分类号: P228.4

Performance analysis of high precision kinematic positioning of GPS-RTK/UWB tight combination

  • 摘要: 为克服GPS-RTK定位在复杂环境下由于信号遮挡,可视卫星数量不足等原因无法获取厘米级高精度定位结果的不足,研究将超宽带(UWB)短距离高精度定位系统与实时动态(RTK)进行紧组合来提高复杂环境下动态定位的精度. 依据UWB定位原理,给出了GPS-RTK/UWB紧组合数学模型,详细介绍了数据处理流程. 滑轨动态实验结果表明,观测环境良好时,GPS-RTK/UWB紧组合与GPS相比能进一步提升固定率和动态定位精度;在截止高度角为40°的情况下,模糊度固定率从20.93%显著提升到93.96%,N、E方向定位精度提升至厘米级,U方向定位精度提升至分米级,仍能满足一定的工程需要.
  • 图  1  TDOA二维平面定位原理

    图  2  GPS-RTK/UWB紧组合数据处理流程图

    图  3  楼顶滑轨推车动态实验部分现场

    图  4  不同截止高度角情况下的可用观测值

    图  5  不同截止高度角情况下的PDOP值

    图  6  GPS-RTK在不同截止高度角情况下的小推车动态轨迹

    图  7  GPS-RTK/UWB紧组合在不同截止高度角情况下的小推车动态轨迹

    表  1  不同截止高度角时的模糊度固定率 %

    定位模式截止高度角
    10°20°40°
    GPS-RTK94.9293.3420.93
    GPS-RTK/UWB97.0396.9393.96
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    表  2  截止高度角10°时小推车位置误差统计

    定位模式方向无遮挡时段提升比例/%人为遮挡干扰时段提升比例/%
    Min/mMax/mMean/mRMS/mMin/mMax/mMean/mRMS/m
    GPS-RTKN−0.5410.263−0.0010.023−0.9061.3720.0440.235
    E−0.2150.1820.0010.011−0.6942.3330.0180.246
    U−0.0140.963−0.0010.043−1.3921.5540.1080.418
    GPS-RTK/UWBN−0.0080.023−0.0000.01247.8−0.2630.391−0.0010.05974.8
    E−0.0070.0140.0000.00736.4−0.0910.245−0.0010.03585.7
    U−0.0150.089−0.0070.02834.8−1.8251.4660.0220.32921.3
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    表  3  截止高度角20°时小推车位置误差统计

    定位模式方向无遮挡时段提升比例/%人为遮挡干扰时段提升比例/%
    Min/mMax/mMean/mRMS/mMin/mMax/mMean/mRMS/m
    GPS-RTKN−1.0321.5020.0030.097−1.441.1430.0240.303
    E−0.9211.6230.0050.093−1.1752.0130.0000.301
    U−5.4332.934−0.0140.289−3.1224.6760.1980.918
    GPS-RTK/UWBN−0.7150.015−0.0010.04157.7−0.3560.4740.0020.07076.8
    E−0.8270.0180.0000.04254.8−0.1240.3120.0010.04385.7
    U−0.0632.589−0.0060.15546.4−2.1921.7340.0070.43452.7
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    表  4  截止高度角40°时小推车位置误差统计

    定位模式方向无遮挡时段提升比例/%人为遮挡干扰时段提升比例/%
    Min/mMax/mMean/mRMS/mMin/mMax/mMean/mRMS/m
    GPS-RTKN−1.5951.469−0.1650.547−1.6980.975−0.2340.574
    E−2.0231.049−0.2470.501−1.6840.848−0.3330.587
    U−4.0385.2360.4941.521−2.3965.3390.9171.745
    GPS-RTK/UWBN−1.2410.504−0.0610.04092.6−0.1320.388−0.0050.04392.5
    E−0.7750.637−0.0440.03393.4−0.2330.310−0.0150.05890.1
    U−1.2572.5440.0870.14490.5−2.1981.302−0.0370.43974.8
      注:Min表示最小误差值,Max表示最大误差值,Mean表示平均误差值,RMS表示误差均方根值
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-11-06
  • 网络出版日期:  2021-04-26
  • 刊出日期:  2021-05-13

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