方案详情

北斗/GNSS星地增强一体化高精度定位与服务技术的解决方案

一、案例简介

面向智能网联汽车高精度连续定位需求，针对复杂城市环境(隧道涵洞、枢纽立交、城市峡谷、植被遮蔽)下车载北斗/GNSS定位系统信号频繁失锁导致定位不准、不可靠、不连续等难题，攻克多源异构情息自适应约束利用机制，研制轻量级超低功耗车规级定位模组，构建北斗为核心的星地增强一体化服务系。项目创建了北斗/GNSS/INS 观测信息融合的高精度定位理论与方法，解决了周跳自适应探测、模糊摩快速重固定以及异常自适应诊断问题，奠定了车载定位多源信息融合“高连续高可用”定位理论基础，与北斗等卫星定位系统对比，惯导辅助卫星实时模糊度固定成功率提高10%及以上，与正、Pospac 等软件H较，高精度定位可用性提高了20%以上;攻克了原始观测信息时间同步、高效处理、环境-硬件自适应选择难题，研制了多精度、低成本融合定位模组，填补了国内紧组合算法无人驾驶定位应用空白，与国外同类产品对比，实时计算效率提高 30%以上，成本降低65%以上;研制了全球规模最大的北斗/GNSS 星地一体高精度定位网，精密定位服务和产品实现产业化、规模化应用，在主流车企中累计定点460万辆，新增市场份额近 50%，与全国 TOP5 测绘企业 100%合作，落地 29省区市，打造多个行业标杆，取得了显著的经济效益和社会效益。

二、技术方案

在城市复杂导航应用场景，针对北斗/GNSS广域实时高精度无缝导航定位需求，存在复杂场景模糊度固定难、多源异构约束信息利用难、定位模组实时高效处理难以及海量用户高可靠服务难等难题。项目组围绕“广域、高精度、高可靠与高可用”导航定位服务目标，建立了北斗/GNSS/INS 观测信息融合理论方法，突破了北斗/GNSS/INS 异构信息高精度约束自适应定位关键技术，攻克了高效解算车规级模组关键技术,研制了全球规模最大的北斗/GNSS 星地一体高精度定位网,构建了北斗/GNSS 星地融合精密服务体系成果在自动驾驶、智慧农业、智慧港航和测绘测图领域得到广泛应用，取得了显著的经济效益和社会效益。

1)针对复杂环境下车载导航北斗系统“信号脆弱、质量差”的问题，提出了多源信息协同辅助GNSS-RTK 快速模糊度固定关键技术。构建了低动态 INS 辅助周跳自适应探测与完备性监测理论，密集周跳修复成功率 99.74%;建立了车载导航城市复杂环境下 GNSS 信号失锁模糊度快速重固定关键理论,单频模糊度固定率由 76.93%提高到 96.71%;提出了车载运动学/动力学信息及历史运动信息辅助北斗/GNSS/MIMU 模糊度固定技术，在信号严重衰减情况下模糊度固定率由 37.1%提升至 92.1%。

2)针对复杂车载导航环境的“场景杂、变换多”的问题，提出了多源观测信息场景自适应融合定位技术。探究了车载运动场景下惯导误差变化规律，构建了复杂环境惯导误差的时变补偿技术;形成了面向城市复杂环境的场景分类标准与方法，构建了场景切换情景下的多传感器智能融合策略;建立多传感器模式下实时变权模型，实现城市环境过渡区域精度无损的传感器切换定位方法;建立了复杂环境车辆多模态运动学模型变换与约束机制，复杂场景融合多源观测信息与约束信息可提高系统定位精度约 30%。

3)针对车载组合终端研发的“时延高、运算大” 的难题，设计了低成本高效率多源融合高精度车载导航模组。提出了 GNSS/INS 时空信息高匹配同步采集方法，建立了原始观测信息延时补偿技术;提出了GNSSINS 状态模型简化方法，创建了序贯更新与时间分片并行高效处理技术;建立了嵌入式解算系统优化处理机制，研制了北斗/GNSS/INS/星地融合高效实时解算模组。

4)研制了全球规模最大的北斗/GNSS 星地一体高精度定位网，精密定位服务和产品实现产业化、规模化应用:建设了全球规模最大的地基增强网络，构建了星地一体全坐标框架基准维持技术，支持ITRF2014、CGCS2000、WGS84等常用坐标系统并可灵活扩展;研制了以北斗为主、兼容其他 GNSS 系统的高精度、多源联动、高可靠的定位服务平台，突破了北斗/GNSS 星地一体化融合的实时精密定位增强关键技术，结合云端一体智能算法，为L2+级以上智能驾驶车辆提供可用性高达 99%的高精度定位服务:建立了国际领先的北斗+5G 融合组网与播发机制，支持数据本地化处理和按需部署区域播发平台，实现中心与区域播发协同与海量终端接入。

三、创新亮点

1)构建多场景“启动即运行”的初始化模式，解决似静态、S型运动、实时运行初始化难题，探索高、中、低速场景的初始化应用模式，实现多场景下产品快速初始化解决方案。在无人驾驶汽车、通用车、公园导览车等多场景应用中，实现了5秒钟快速初始化，完成后即可进行导航服务，即“启动即运行”。品应用大幅提高效率。同时，初始化不受场景影响，稳定性大幅提高。

2)解决多源异构数据时空数据高精度同步、周跳实时探测模型、电离层实时稳健改正三个预处理难题，建立了 GNSS/INS 数据预处理成套算法。

3)采用低功耗/低成本/高性能一体化硬件设计，具备较强的灵活性与抗干扰性，适用于各种复杂环境，可满足不同行业的需求。综合低功耗模组低成本模组、嵌入式固件高效解算等技术，INAV2组合导航模具备了功耗低、成本低、小型化、灵活性高的特点，可应用于无人机/无人船导航、街景地图采集、无人驾驶、无人机摄影测量与遥感等多个领域。在不需要外接其他传感器的前提下,能为用户提供 200 Hz的高精度 3D 位置、姿态和速度信息。可同时跟踪 BDS B1B2、GPSLIL2、GLONASS L1/L2、GALILEO E1/E5b等卫星信号，并进行抗干扰处理，在楼群、隧道、高架桥、树荫和野外等复杂环境下可提供连续的高质量的定位结果。