留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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
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

    通信作者:

    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
    下载: 导出CSV

    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
    下载: 导出CSV

    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
    下载: 导出CSV

    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
    下载: 导出CSV
  • [1] 徐周. GPS差分定位技术及实现方法的研究[D]. 郑州: 解放军信息工程大学, 2006.
    [2] 王世进. BDS/GPS-RTK算法研究及软件实现[D]. 阜新: 辽宁工程技术大学, 2014.
    [3] 李征航, 黄劲松. GPS测量与数据处理[M]. 2版. 武汉: 武汉大学出版社, 2013.
    [4] 胡楠楠, 章红平, 李团, 等. 城市动态环境下GNSS RTK部分模糊度固定算法性能分析[J]. 大地测量与地球动力学, 2018, 38(3): 263-267.
    [5] LIN S G. Assisted adaptive extended Kalman filter for low-cost single-frequency GPS/SBAS kinematic positioning[J]. GPS solutions, 2015, 19(2): 215-223. DOI: 10.1007/s10291-014-0381-9
    [6] WANG J P, GAO J X, LIU C, et al. High precision slope deformation monitoring model based on the GPS/pseudolites technology in open-pit mine[J]. Mining science and technology, 2010, 20(1): 126-132. DOI: 10.1016/S1674-5264(09)60173-3
    [7] ZIMMERMAN K R, COBB H S, BAUREGGER F N, et al. A new GPS augmentation solution: Terralite XPS system for mining applications and initial experience[C]//Proceedings of the 18th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS 2005), 2005: 2775-2788.
    [8] 高军强, 汤霞清, 张环, 等. 基于因子图的车载INS/GNSS/OD组合导航算法[J]. 系统工程与电子技术, 2018, 40(11): 2547-2553.
    [9] XUE Y, SU W, YANG D, et al. RMLNet—A reliable wireless network for a multiarea TDOA-based localization system[J]. Sensors, 2019, 19(20): 4374. DOI: 10.3390/s19204374
    [10] ALARIFI A, AL-SALMAN A, ALSALEH M, et al. Ultra-wideband indoor positioning technologies: analysis and recent advances[J]. Sensors, 2016, 16(5): 707. DOI: 10.3390/s16050707
    [11] ANGELIS G D, MOSCHITTA A, CARBONE P. Positioning techniques in indoor environments based on stochastic modeling of UWB round-trip-time measurements[J]. IEEE transactions on intelligent transportation systems, 2016, 17(8): 2272-2281. DOI: 10.1109/TITS.2016.2516822
    [12] 赵红梅, 赵杰磊. 超宽带室内定位算法综述[J]. 电信科学, 2018, 34(9): 130-142.
    [13] MACGOUGAN G D. Real-time kinematic surveying using tightly-coupled GPS and ultra-wideband ranging[D/OL]. [2020-08-02]. Calgary: The University of Calgary, 2009. http://wcm.ucalgary.ca/files/plan/macgougan2009_phd.pdf
    [14] MACGOUGAN G D, O’KEEFE k, KLUKAS R. Accuracy and reliability of tightly coupled GPS/ultra-wideband positioning for surveying in urban environments[J]. GPS solutions, 2010, 14(4): 351-364. DOI: 10.1007/s10291-009-0158-8
    [15] 吴探诗. 基于GNSS与UWB组合的无缝定位研究[D]. 阜新: 辽宁工程技术大学, 2014.
    [16] ABOLFATHI E A, O'KEEFE K. Integrating vision derived bearing measurements with differential GPS and UWB ranges for vehicle-to-vehicle relative navigation[C]//Proceedings of the 26th International Technical Meeting of the Satellite Division of The Institute of Navigation (ION GNSS+ 2013), 2013: 762-771.
    [17] JIANG L J, HOE L N, LOON L L. Integrated UWB and GPS location sensing system in hospital environment[C]//2010 IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, 2010: 286-289. DOI: 10.1109/ICIEA.2010.5516828
    [18] GONZALEZ J, BLANCO J L, GALINDO C, et al. Combination of UWB and GPS for indoor-outdoor vehicle localization[C]//2007 IEEE International Symposium on Intelligent Signal Processing, 2007. DOI: 10.1109/WISP.2007.4447550
    [19] 储超, 黄亮, 杜仲进, 等. 抗差估计在RTK/INS紧组合中的应用研究[J]. 全球定位系统, 2019, 44(5): 18-25.
    [20] 许国昌, 许艳. GPS理论、算法与应用[M]. 3版. 北京: 科学出版社, 2017.
  • 加载中
图(7) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  682
  • HTML全文浏览量:  756
  • PDF下载量:  74
  • 被引次数: 0
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

目录

    /

    返回文章
    返回