Low-Cost GNSS Heading Determination with Fixed Baseline Constraints

LIU Ziqi; ZANG Xinrui; JIA Chun; LI Yang; YU Wanling

doi:10.13203/j.whugis20220572

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Low-Cost GNSS Heading Determination with Fixed Baseline Constraints

Geodesy and Survey Engineering | 更新时间：2026-11-05

- Low-Cost GNSS Heading Determination with Fixed Baseline Constraints
- Geomatics and Information Science of Wuhan University Vol. 50, Issue 7, Pages: 1321-1327(2025)
- 作者机构：
  
  1.哈尔滨工程大学智能科学与工程学院,黑龙江哈尔滨，150001
  2.中国船舶航海保障技术实验室,天津，300131
  3.中国舰船研究设计中心,湖北武汉,430064
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.13203/j.whugis20220572
  CLC： P228
- Received：22 November 2023，
  
  Published：05 July 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
刘子奇,臧欣蕊,贾春，等.固定基线约束的低成本GNSS测向方法[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(7):1321-1327.

LIU Ziqi,ZANG Xinrui,JIA Chun,et al.Low-Cost GNSS Heading Determination with Fixed Baseline Constraints[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(7):1321-1327.
刘子奇,臧欣蕊,贾春，等.固定基线约束的低成本GNSS测向方法[J].武汉大学学报（信息科学版）,2025,50(7):1321-1327. DOI：,10.13203/j.whugis20220572

LIU Ziqi,ZANG Xinrui,JIA Chun,et al.Low-Cost GNSS Heading Determination with Fixed Baseline Constraints[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2025,50(7):1321-1327. DOI：,10.13203/j.whugis20220572

摘要

全球导航卫星系统（global navigation satellite system，GNSS）测向是导航领域提供航向信息的重要手段。高性能GNSS测向产品精度可达0.20°/m，满足多数应用领域的需求，但其高昂的万元级成本阻碍了大众市场推广。而低成本GNSS接收机的观测量冗余度与质量均弱于高性能GNSS接收机，导致其测向精度与可靠性易受复杂环境影响。为提升低成本GNSS测向性能，提出了固定基线约束的低成本GNSS测向方法。该方法利用双天线间固定基线约束信息，基于几何基线后验方差-协方差信息构建实时动态检验阈值，可有效增加整周模糊度解算成功率，从而提升低成本GNSS测向的精度与可靠性。通过实测动态数据对所提方法进行测试，与传统方法对比，整周模糊度固定成功率提升了7.4%，达到了0.40°/m的测向精度。

Abstract

Objectives

Global navigation satellite system (GNSS) heading determination is an important technology in the field of navigation. At present

the accuracy of high-performance GNSS heading determination receivers can reach 0.2°/m

which can satisfy the requirements of most applications

but the cost of 10 000 yuan hinders the mass market promotion. However

the observation redundancy and quality of the low-cost GNSS receivers are weaker than those of the high-performance GNSS receiver

which makes the heading determination accuracy and reliability of the low-cost GNSS receiver vulnerable to complex environments.

Methods

In order to improve the performance of low-cost GNSS heading determination

a low-cost GNSS heading determination method with fixed baseline constraints is proposed. The method deploys fixed baseline constraints between the dual antennas and constructs real-time dynamic detection thresholds based on a posteriori variance-covariance of geometric baseline

which can effectively increase the success rate of integer ambiguity resolution

thus improving the accuracy and reliability of low-cost GNSS heading determination.

Results

The proposed method was tested with real kinematic data. Compared to the traditional methods

the success rate of the integer ambiguity resolution was improved by 7.4%

and the heading determination accuracy of 0.40°/m was achieved.

Conclusions

It is shown that the low-cost GNSS vectoring method with fixed baseline constraints can effectively increase the success rate of whole-period ambiguity solution and improve the accuracy and reliability of low-cost GNSS vectoring.

关键词

Keywords

references

SUN R ， CHENG Q ， WANG J H . Precise Vehicle Dynamic Heading and Pitch Angle Estimation Using Time-Differenced Measurements from a Single GNSS Antenna ［J］. GPS Solutions ， 2020 ， 24 （ 3 ）： 84 .

蔡小波，许厚泽，王勇，等 . 车载三天线GNSS的直接法定姿及精度评估［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2018 ， 43 （ 6 ）： 820 - 825 .

CAI Xiaobo ， XU Houze ， WANG Yong ， et al . Direct Attitude Determination Method Based on Vehicle-Mounted Three-Antenna GNSS and the Accuracy Evaluation ［J］. Geomatics and Information Scien‑ce of Wuhan University ， 2018 ， 43 （ 6 ）： 820 - 825 .

DING W ， SUN W ， GAO Y ， et al . Carrier Phase-Based Precise Heading and Pitch Estimation Using a Low-Cost GNSS Receiver ［J］. Remote Sensing ， 2021 ， 13 （ 18 ）： 3642 .

TEUNISSEN P J G ， GIORGI G ， BUIST P J . Testing of a New Single-Frequency GNSS Carrier Phase Attitude Determination Method： Land， Ship and Aircraft Experiments ［J］. GPS Solutions ， 2011 ， 15 （ 1 ）： 15 - 28 .

LI N ， ZHAO L ， LI L ， et al . Integrity Monitoring of High-Accuracy GNSS-Based Attitude Determination ［J］. GPS Solutions ， 2018 ， 22 （ 4 ）： 120 .

WANG X Z ， YAO Y B ， XU C Q ， et al . An Improved Single-Epoch Attitude Determination Method for Low-Cost Single-Frequency GNSS Receivers ［J］. Remote Sensing ， 2021 ， 13 （ 14 ）： 2746 .

ODOLINSKI R ， TEUNISSEN P J G . Single-Frequency， Dual-GNSS Versus Dual-Frequency， Single-GNSS：A Low-Cost and High-Grade Receivers GPS-BDS RTK Analysis ［J］. Journal of Geodesy ， 2016 ， 90 （ 11 ）： 1255 - 1278 .

LACHAPELLE G ， GRATTON P . GNSS Precise Point Positioning with Android Smartphones and Comparison with High Performance Receivers ［C］// IEEE International Conference on Signal， Information and Data Processing ， Chongqing， China ， 2019 .

张小红，陶贤露，王颖喆，等 . 城市场景智能手机GNSS/MEMS融合车载高精度定位［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2022 ， 47 （ 10 ）： 1740 - 1749 .

ZHANG Xiaohong ， TAO Xianlu ， WANG Yingzhe ， et al . MEMS-Enhanced Smartphone GNSS High-Precision Positioning for Vehicular Navigation in Urban Conditions ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2022 ， 47 （ 10 ）： 1740 - 1749 .

YANG Y D ， MAO X C ， TIAN W F . A Novel Method for Low-Cost MIMU Aiding GNSS Attitude Determination ［J］. Measurement Science and Technology ， 2016 ， 27 （ 7 ）： 075003 .

RYCHLICKI M ， KASPRZYK Z ， ROSIŃSKI A . Analysis of Accuracy and Reliability of Different Types of GPS Receivers ［J］. Sensors ， 2020 ， 20 （ 22 ）： 6498 .

ZHU F ， HU Z K ， LIU W K ， et al . Dual-Antenna GNSS Integrated with MEMS for Reliable and Continuous Attitude Determination in Challenged Environments ［J］. IEEE Sensors Journal ， 2019 ， 19 （ 9 ）： 3449 - 3461 .

唐卫明，孙红星，刘经南 . 附有基线长度约束的单频数据单历元LAMBDA方法整周模糊度确定［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2005 ， 30 （ 5 ）： 444 - 446 .

TANG Weiming ， SUN Hongxing ， LIU Jingnan . Determination of Ambiguity of Single Frequency Data by Single Epoch LAMBDA Method with Baseline Length Constraint ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2005 ， 30 （ 5 ）： 444 - 446 .

MA L Y ， LU L G ， ZHU F ， et al . Baseline Length Constraint Approaches for Enhancing GNSS Ambiguity Resolution： Comparative Study ［J］. GPS Solutions ， 2021 ， 25 （ 2 ）： 40 .

WU S S ， ZHAO X B ， ZHANG L ， et al . Improving Reliability and Efficiency of RTK Ambiguity Resolution with Reference Antenna Array： BDS + GPS Analysis and Test ［J］. Journal of Geodesy ， 2019 ， 93 （ 9 ）： 1297 - 1311 .

汤佳明，柴艳菊，闻德保，等 . GNSS多天线基线网单历元模糊度同步解算法［J］. 大地测量与地球动力学， 2019 ， 39 （ 3 ）： 262 - 268 .

TANG Jiaming ， CHAI Yanju ， WEN Debao ， et al . Algorithm of Simultaneous Ambiguity Resolution of GNSS Multi-Antenna Network for Single Epoch ［J］. Journal of Geodesy and Geodynamics ， 2019 ， 39 （ 3 ）： 262 - 268 .

聂志喜，王振杰，欧吉坤，等 . 非线性基线长约束条件线性化近似对模糊度解算的影响［J］. 测绘学报， 2015 ， 44 （ 2 ）： 168 - 173 .

NIE Zhixi ， WANG Zhenjie ， OU Jikun ， et al . On the Effect of Linearization and Approximation of Nonlinear Baseline Length Constraint for Ambiguity Resolution ［J］. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica ， 2015 ， 44 （ 2 ）： 168 - 173 .

LI Y ， ZHAO L ， JIA C ， et al . Low-Cost Dual-Antenna GNSS Precision Heading Determination Method with Baseline Length Constraint ［C］// China Satellite Navigation Conference ， Nanchang， China ， 2021 .

TEUNISSEN P J G . The Lambda Method for the GNSS Compass ［J］. Artificial Satellites ， 2006 ， 41 （ 3 ）： 89 - 103 .

周晓青，单弘煜，卢立果，等 . 附有长度约束的模糊度解算方法比较［J］. 测绘科学， 2016 ， 41 （ 6 ）： 53 - 58 .

ZHOU Xiaoqing ， SHAN Hongyu ， LU Liguo ， et al . Performance Comparison Between Two Baseline Length Constraint Methods of Ambiguity Resolution ［J］. Science of Surveying and Mapping ， 2016 ， 41 （ 6 ）： 53 - 58 .

贾春，赵琳，李亮，等 . 改正接收机频间偏差的短基线北斗三频紧组合RTK方法［J］. 中国科学：地球科学， 2020 ， 50 （ 1 ）： 90 - 103 .

JIA Chun ， ZHAO Lin ， LI Liang ， et al . BDS Triple-Frequency Tightly Coupled Short-Baseline RTK Method by Calibrating the Between-Receiver Inter-Frequency Biases ［J］. Scientia Sinica （Terrae）， 2020 ， 50 （ 1 ）： 90 - 103 .

刘经南，邓辰龙，唐卫明 . GNSS整周模糊度确认理论方法研究进展［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2014 ， 39 （ 9 ）： 1009 - 1016 .

LIU Jingnan ， DENG Chenlong ， TANG Weiming . Review of GNSS Ambiguity Validation Theory ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2014 ， 39 （ 9 ）： 1009 - 1016 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Research Progress in Spatiotemporal Modeling， Analysis， and Prediction of Urban Activity Flows in Built Environment

A Review of Multi-scale Geospatial Data Updating Methods

Three-State Fusion Support Problem of Marine Geographic Information for Ship Navigation

High-Resolution L-Band InSAR Study of Intense Near-Field Deformation Associated with Shallow Moderate Earthquakes

Spatiotemporal Intelligence： Theory and Applications

Related Author

No data

Related Institution

No data

AI问答

⁰