仪器仪表学报

作者：刘灵，孟骞，马骁，高志强，孟凡琛

单位：刘灵,东南大学仪器科学与工程学院南京210096,,孟骞,东南大学仪器科学与工程学院南京210096,,马骁,北京航天控制仪器研究所北京410083,,高志强,北京航天控制仪器研究所北京410083,,孟凡琛,北京航天控制仪器研究所北京410083,fanchen_meng@163.com,

关键词：行人导航;GNSS/PDR组合导航;因子图优化;动态故障检测;梯度下降回归

基金：国家自然科学基金项目（62388101，62203111）、航空科学基金项目（20220008069003）、江苏省科技项目（BM2023013-4，BK2023143-4）资助

针对城市峡谷等复杂场景下，智能手机全球导航卫星系统（GNSS）信号易受多径和非视距效应干扰，从而导致定位精度与可靠性显著下降的问题，故提出一种基于多源自主导航系统理论框架的全球导航卫星系统/行人航位推算（GNSS/PDR）弹性图优化自主导航方法。该方法从系统可检测性与可重构性两个维度出发，设计了一种状态自适应故障检测与梯度下降回归自主重构机制的弹性容错架构，以增强导航系统在动态变化环境中的鲁棒性能。在可检测性方面，设计了一种状态关联的动态故障检测机制：若上一历元未检测到故障，采用滑动窗口下的动态3σ统计检测法进行异常判断；若上一历元已检测到故障，则切换为基于指数加权移动平均的动态阈值策略，以持续跟踪潜在异常。在可重构性方面，一旦检测到故障，系统能够通过梯度下降回归方法对GNSS/PDR算法进行故障诊断与自主重构。该重构过程首先利用历史新息完成系统状态的预测，其次根据异常新息与修复新息之间的动态关系对完成幅值修正，最终实现对异常观测值的动态修复。经实验验证，本方法的定位平均误差较扩展卡尔曼滤波（EKF）算法、基于Huber核的M估计EKF算法、因子图优化（FGO）算法和基于Huber核的M估计FGO算法下降了20%以上。这表明该方法在提升基于智能手机的行人导航在复杂多径和非视距环境下的定位精度和鲁棒性上具有一定的优势，为未来消费级设备的精度定位应用提供了解决思路。

来源：2025年第10期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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