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面向北斗单历元分米级定位的ARAIM保护水平计算方法

魏依然 郭将 方书山

魏依然, 郭将, 方书山. 面向北斗单历元分米级定位的ARAIM保护水平计算方法[J]. 全球定位系统, 2022, 47(3): 25-33. doi: 10.12265/j.gnss.2022021
引用本文: 魏依然, 郭将, 方书山. 面向北斗单历元分米级定位的ARAIM保护水平计算方法[J]. 全球定位系统, 2022, 47(3): 25-33. doi: 10.12265/j.gnss.2022021
WEI Yiran, GUO Jiang, FANG Shushan. ARAIM protection level calculation method for BeiDou decimeter level single epoch point positioning[J]. GNSS World of China, 2022, 47(3): 25-33. doi: 10.12265/j.gnss.2022021
Citation: WEI Yiran, GUO Jiang, FANG Shushan. ARAIM protection level calculation method for BeiDou decimeter level single epoch point positioning[J]. GNSS World of China, 2022, 47(3): 25-33. doi: 10.12265/j.gnss.2022021

面向北斗单历元分米级定位的ARAIM保护水平计算方法

doi: 10.12265/j.gnss.2022021
详细信息
    作者简介:

    魏依然:(1997—),男,硕士,研究方向为接收机自主完好性监测

    郭将:(1994—),男,博士,研究方向为精密单点定位

    方书山:(1983—),男,博士,研究方向为精密钟差分析与数据处理

    通讯作者:

    郭将 E-mail:guojiang@whu.edu.cn

  • 中图分类号: P228

ARAIM protection level calculation method for BeiDou decimeter level single epoch point positioning

  • 摘要: 精密定位的质量控制和完好性评估是实时全球卫星导航系统(GNSS)导航应用不可或缺的环节,尤其是在GNSS易受损害的城市峡谷等场景下,这种需求更加迫切. 广域精密单点定位(PPP)瞬时分米级定位,利用GNSS三频信号形成的两个宽巷观测值可以实现单点单历元分米级定位. 然而,在城市复杂环境中,反射信号、严重多路径以及其他信号干扰对定位造成的影响无法准确评估与识别,限制了PPP瞬时分米级单点定位的应用. 完好性概念中的高级接收机自主完好性监测(ARAIM)可以计算用户定位误差最小置信区间的上限保护水平(PL)以评估定位有效性,可经过一定改进用于PPP瞬时定位的质量控制. 针对当前ARAIM中计算PL的误差模型难以适应高精度定位需求的问题,提出了一种改进的ARAIM PL算法,称其为B-ARAIM (Back Advanced Receiver Autonomous Integrity Monitoring). 使用PPP三频组合观测值残差对ARAIM权与误差模型进行修正以计算PL. 基于不同复杂程度的环境下采集的车载数据对算法进行了验证,对PL的改进情况以及导航的可用性提升情况进行评估. 结果表明:在不同环境下,基于改进的B-ARAIM算法得到的PL,相比传统方法得到的PL更符合城市定位的需要,将PL降低了30%~70%. 此方法有助于将ARAIM算法应用在高精度GNSS定位领域.

     

  • 图  1  B-ARAIM整体流程

    图  2  2018年3月2日车载实验一路线图和环境示意图

    图  3  车载实验一的水平(上)和垂直(下) PL时间序列图

    注:红色时间序列表示使用RTK结果作为参考真值得到的真实定位误差结果.

    图  4  2018年6月27日车载实验二路线图和环境示意

    图  5  车载实验二的水平(上)和垂直(下)PL(多系统)时间序列图

    图  6  车载实验二的水平(上)和垂直(下)PL(单北斗)时间序列图

    图  7  车载实验二观测卫星数目

    (a)实验一情况 (b)实验二情况

    图  8  车载实验一及实验二PL差值

    注:红色线表示0参考线,蓝色时间序列为基于传统ARAIM算法和基于B-ARAIM方法得到的PL做差结果

    图  9  车载实验一及实验二HPL分布情况

    图  10  车载实验一及实验二VPL分布情况

    表  1  无电离层三频模型系数

    GNSSL1/B1/E1L2/B2/E5aL6/B3/E5b
    GPS17.885−84.70667.821
    BDS23.53267.071−89.604
    Galileo16.892113.034−128.926
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    表  2  HPL情况

    实验HPL1均
    值/m
    HPL2均
    值/m
    HPL1<HAL
    比例/%
    HPL2<HAL
    比例/%
    实验一14.648.2596.5399.08
    实验二多系统17.778.2698.8999.98
    实验二单北斗系统95.5052.5210.7039.70
      注: 前两行表示所有历元HPL的平均值,后两行表示满足HPL<HAL的历元占总历元的比例,以百分数表示. HPL1表示ARAIM结果,HPL2表示B-ARAIM结果.
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    表  3  VPL情况

    实验VPL1均
    值/m
    VPL2均
    值/m
    VPL1<VAL
    比例/%
    VPL2<VAL
    比例/%
    实验一 9.46 5.2197.3699.48
    实验二多系统10.46 5.4799.5499.58
    实验二单北斗系统68.7736.1817.8848.70
      注: 前两行表示所有历元VPL的平均值,后两行表示满足VPL<VAL的历元占总历元的比例,以百分数表示. VPL1表示ARAIM结果,VPL2表示B-ARAIM结果.
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2022-02-14
  • 网络出版日期:  2022-06-08

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