动态观测权调整的GNSS/INS抗差因子图优化算法

马杰; 王雯; 邓辰龙; 唐卫明; 邱诗瑾

doi:10.13203/j.whugis20240493

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动态观测权调整的GNSS/INS抗差因子图优化算法

大地测量学与测量工程 | 更新时间：2026-11-05

- 动态观测权调整的GNSS/INS抗差因子图优化算法
- A Robust Factor Graph Optimization Algorithm with Dynamic Observation Weight Adjusting
- 武汉大学学报（信息科学版） 2026年51卷第6期页码：1098-1109
- 作者机构：
  
  1.武汉理工大学航运学院，湖北武汉，430063
  2.水路交通控制全国重点实验室（武汉理工大学），湖北武汉，430063
  3.武汉大学卫星导航定位技术研究中心，湖北武汉，430079
- 作者简介：
  
  马杰，博士，教授，研究方向为信息融合感知、船舶智能导航与时空服务。majie@whut.edu.cn
  邓辰龙，博士，副教授。c.deng@whut.edu.cn
- 基金信息：
  
  海南省科技计划三亚崖州湾科技城联合项目(2021CXLH0025);中央高校基本科研业务费专项资金(2024IVA047)
- DOI：10.13203/j.whugis20240493
  中图分类号： P228
- 收稿：2025-03-09，
  
  纸质出版：2026-06-05
- 稿件说明：
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马杰,王雯,邓辰龙，等.动态观测权调整的GNSS/INS抗差因子图优化算法[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(6):1098-1109.

MA Jie,WANG Wen,DENG Chenlong,et al.A Robust Factor Graph Optimization Algorithm with Dynamic Observation Weight Adjusting[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(6):1098-1109.
马杰,王雯,邓辰龙，等.动态观测权调整的GNSS/INS抗差因子图优化算法[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(6):1098-1109. DOI：,10.13203/j.whugis20240493

MA Jie,WANG Wen,DENG Chenlong,et al.A Robust Factor Graph Optimization Algorithm with Dynamic Observation Weight Adjusting[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(6):1098-1109. DOI：,10.13203/j.whugis20240493

摘要

全球导航卫星系统（global navigation satellite system

GNSS）和惯性导航系统（inertial navigation system

INS）组合导航能够提供连续的定位服务，但在复杂的城市环境中，GNSS信号易受多路径效应和非视距信号干扰，异常观测值频发，显著影响组合导航的定位精度。针对传统因子图优化方法中固定权重难以适应GNSS量测噪声协方差动态变化，以及引入Huber核函数的抗差算法计算开销较大的问题，提出了一种基于动态观测权调整的抗差因子图优化算法。该算法构建了动态权函数，依据滑动窗口内的验后残差自适应调整GNSS观测在目标函数中的残差权重系数，不改变残差值本身，从而保持目标函数的二次形式。利用不同载体自采数据与不同环境下的开源数据进行实验验证，结果表明，相较于基于Huber核函数的抗差算法，所提算法的定位结果均方根误差和标准差分别降低了约12%和26%，计算时间缩短约18%，在提高组合导航定位精度的同时优化了计算效率。此外，基于开源数据分析了不同滑动窗口大小对算法抗差性能的影响，结果表明，当滑动窗口设置为30 s时，抗差效果与计算时间达到较好平衡，且所提算法不改变滑动窗口大小对定位精度与计算耗时的影响趋势。

Abstract

Objectives

The integration of global navigation satellite system (GNSS) and inertial navigation system (INS) provides continuous positioning services. However

in complex urban environments

GNSS signals are highly susceptible to multipath effects and non-line-of-sight interference

which can severely degrade the positioning accuracy of integrated navigation systems. Traditional factor graph optimization methods with fixed weights struggle to accommodate the dynamic variability of GNSS measurement noise covariance

while robust algorithms employing the Huber kernel function incur significant computational overhead.

Methods

A dynamic weight function-based robust factor graph optimization algorithm (FGO) is proposed

which dynamically adjusts the residual weight coefficients of GNSS observations in the objective function based on post-fit residuals within a sliding window. The algorithm preserves the quadratic form of the objective function by avoiding nonlinear transformations of residual values

ensuring computational efficiency and adaptability to varying observation quality. To process open-source data with the proposed robust algorithm

sliding windows of 10 s

30 s

and 50 s are utilized. The robust performance of the proposed algorithm under different sliding window sizes is analyzed.

Results

Compared to the inclusion of the Huber kernel function

the inclusion of the dynamic weight function adjustment mechanism improves the average positioning error standard deviation and positioning root mean square error by 26% and 12%

respectively. When the sliding window is set to 30 s

a satisfactory equilibrium between robustness and computation time can be attained.

Conclusions

Experimental results show that:(1) compared to FGO with the addition of Huber kernel function

the dynamic weight function adjustment can effectively reduce the influence of GNSS outliers

and has higher positioning accuracy and robustness. (2) The proposed robust algorithm does not change the trend of the sliding window size on localization and time consumption.

关键词

Keywords

references

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