本文選題：北斗 + 動態(tài)相對定位��； 參考：《解放軍信息工程大學(xué)》2013年博士論文

【摘要】：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System）是我國正在實施的自主發(fā)展、獨立運行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，遵循 先區(qū)域、后全球‖的總體思路，，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)按照 三步走‖的發(fā)展戰(zhàn)略穩(wěn)步推進(jìn)。2012年12月27日，國務(wù)院新聞辦舉辦 北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式提供區(qū)域服務(wù)‖新聞發(fā)布會，正式宣布北斗在亞太地區(qū)正式開通服務(wù)，同時公布了正式版本ICD文件。作為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在保障國家經(jīng)濟(jì)社會安全，促進(jìn)國家信息化建設(shè)，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，推動國防現(xiàn)代化建設(shè)等各方面發(fā)揮著重要作用。區(qū)域系統(tǒng)的建成使我國的衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入井噴期，使北斗應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化全面到來。在國外衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)化規(guī)模發(fā)展尤其是GPS壟斷式市場應(yīng)用下，提升用戶使用信心，將系統(tǒng)需求優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)樽陨淼氖袌鰪?qiáng)勢和產(chǎn)業(yè)強(qiáng)勢，是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化的當(dāng)務(wù)之急�；谳d波相位觀測量的靜態(tài)和動態(tài)相對定位技術(shù)是未來北斗應(yīng)用的主要模式，是建立和維持時空基準(zhǔn)的前提，也是精密測繪、大氣科學(xué)與地球科學(xué)等基礎(chǔ)研究的重要手段，是聚集北斗高精度應(yīng)用的主要方向。北斗區(qū)域系統(tǒng)是國際上首個由異構(gòu)星座（5GEO+5IGSO+4MEO）組成的導(dǎo)航系統(tǒng)，由于星座分布、信號內(nèi)容、軌道精度、觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量等均與GPS存在差異，研究利用北斗實現(xiàn)高精度靜態(tài)和動態(tài)相對定位、論證其可行性及精度，對增強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)用前景、提升系統(tǒng)應(yīng)用信心具有重要作用。本文著眼于北斗高精度應(yīng)用，系統(tǒng)研究了北斗精密定位理論和方法，突破了數(shù)據(jù)質(zhì)量分析、數(shù)據(jù)預(yù)處理、模糊度解算、參數(shù)估計等關(guān)鍵技術(shù)，提出了一套可行的北斗高精度靜態(tài)、動態(tài)相對定位的算法模型，并利用豐富的實測數(shù)據(jù)，開展了北斗靜態(tài)測量基線網(wǎng)可行性研究與精度驗證，實現(xiàn)了北斗動態(tài)相對定位、RTK及北斗/GPS組合定位，驗證了所涉及理論與方法的正確性、北斗應(yīng)用于高精度測量領(lǐng)域的可行性及指標(biāo)。同時，本文積極開展北斗應(yīng)用實踐研究，基于北斗高精度定位技術(shù)解決了測控設(shè)備動態(tài)性能檢驗和精度鑒定的難題，以促進(jìn)北斗在高精度測量領(lǐng)域的發(fā)展。本文的主要工作和創(chuàng)新點概括如下： 1．依據(jù)北斗觀測數(shù)據(jù)特征，給出了北斗相對定位的觀測模型、誤差模型和隨機(jī)模型。鑒于由原始觀測量組成的各種線性組合在數(shù)據(jù)預(yù)處理、模糊度解算、電離層延遲改正等方面的優(yōu)勢，詳細(xì)分析了寬巷組合、無電離層組合、電離層殘差組合及MW組合觀測量的特點；參考GPS數(shù)據(jù)處理中誤差改正的消除方法，給出了衛(wèi)星軌道誤差、衛(wèi)星鐘誤差、電離層延遲、對流層延遲和多路徑效應(yīng)、觀測噪聲的定義、特性及改正方法。 2．定量分析了北斗偽距和載波觀測量精度。提出了基于偽距/相位組合分析偽距測量噪聲和多徑影響的方法，綜合分析了北斗區(qū)域系統(tǒng)中不同類型衛(wèi)星（GEO/IGSO/MEO）在三個頻點的觀測噪聲特征；通過零基線實驗和廣播星歷精度評估實驗，獲得了對目前北斗相對定位基礎(chǔ)數(shù)據(jù)質(zhì)量的全面認(rèn)識。提出了一種利用無電離層組合探測粗差、綜合利用MW組合及電離層殘差合組合探測周跳、利用無幾何組合修復(fù)周跳的北斗數(shù)據(jù)預(yù)處理方案，并利用實測數(shù)據(jù)驗證了該方案的有效性。 3．通過現(xiàn)有GNSS模糊度固定方法在北斗中應(yīng)用的綜合分析和比較，優(yōu)選了符合北斗實際數(shù)據(jù)特點、且性能可靠的準(zhǔn)電離層模糊度固定方法，并將其應(yīng)用于北斗靜態(tài)相對定位中，有效提高了模糊度固定成功率；研究了LAMBDA方法應(yīng)用于北斗模糊度固定的適用性，利用模糊度協(xié)方差陣降相關(guān)處理后的條件方差，分析了LAMBDA方法在較少歷元情況下北斗模糊度固定的有效性，為北斗動態(tài)相對測量中模糊度的快速固定提供了依據(jù)。 4．提出利用非差數(shù)據(jù)進(jìn)行北斗相對定位的理論與方法，詳細(xì)給出了非差數(shù)據(jù)的模糊度固定方法，證明了該方法與傳統(tǒng)的基于雙差數(shù)據(jù)進(jìn)行相對定位的一致性。相比于雙差數(shù)據(jù)，非差觀測數(shù)據(jù)相互獨立，包含更多信息（如鐘差等），數(shù)據(jù)處理更加靈活便捷。利用兩條基線分別進(jìn)行單基線靜態(tài)相對定位、動態(tài)相對定位和動態(tài)對動態(tài)相對定位實驗。結(jié)果表明：利用該方法靜態(tài)相對定位精度達(dá)到mm級，動態(tài)相對定位和動態(tài)對動態(tài)相對定位精度水平方向優(yōu)于2cm，高程方向精度優(yōu)于4cm。 5．立足于北斗高精度用戶急切關(guān)心的可行性和精度問題，開展了北斗靜態(tài)測量基線網(wǎng)實踐與精度驗證研究，利用北斗試驗評估系統(tǒng)和北斗試驗網(wǎng)雙模接收機(jī)構(gòu)建了涵蓋長、中、短基線的基線網(wǎng)，系統(tǒng)研究了基線網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方法，設(shè)計了多種相位組合觀測量相結(jié)合的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制策略和內(nèi)外符相結(jié)合的精度檢驗方案，實現(xiàn)了mm量級精度的北斗靜態(tài)相對定位，通過站坐標(biāo)及基線的重復(fù)精度、模糊度固定成功率、定位殘差等指標(biāo)全方位開展了與GPS的綜合比較研究，論證了未來北斗應(yīng)用于大地控制網(wǎng)建立的可行性和可達(dá)到的精度指標(biāo)。 6．深入研究了北斗動態(tài)相對定位的理論與方法。實現(xiàn)了基于前向Kalman濾波和雙向Kalman濾波的北斗動態(tài)相對定位算法，研究了由于衛(wèi)星升落模糊度參數(shù)增減引起的待估參數(shù)向量維數(shù)發(fā)生變化的解決方法。編制了北斗動態(tài)相對定位軟件，利用實測數(shù)據(jù)實現(xiàn)了厘米量級北斗動態(tài)相對定位，并研究了動態(tài)條件下基線長度、參數(shù)估計方法等因素對定位精度的影響，結(jié)果表明：北斗動態(tài)相對定位精度可達(dá)到厘米級；可用性方面，由于北斗接收機(jī)信號失鎖情況出現(xiàn)頻繁，衛(wèi)星觀測幾何降低和衛(wèi)星重新捕獲收斂精度較差，此時定位結(jié)果出現(xiàn)大量野值點，可用性較低。 7．為改善北斗在觀測幾何不理想下情況下動態(tài)定位的可用性，針對當(dāng)前研究熱點GNSS組合定位，研究了北斗/GPS組合定位中時空系統(tǒng)統(tǒng)一等關(guān)鍵技術(shù)，由于目前北斗還未公布與GPS系統(tǒng)時差，本文提出了系統(tǒng)內(nèi)獨立組差的系統(tǒng)時間差消除方法，簡化了運算步驟，并利用實測動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行了組合定位解算，結(jié)果表明：在精度上，北斗/GPS組合獲得的定位精度比采用單北斗略優(yōu)，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在可用性得到較大幅度提升。 8．探討了北斗RTK的實現(xiàn)方法，在對RTCM2.3電文類型中利用電文18/19（載波相位/偽距原始觀測值）和電文20/21（載波相位/偽距改正值）進(jìn)行差分定位的特點進(jìn)行了深入的分析的基礎(chǔ)上，對支持RTCM格式的北斗RTK差分電文進(jìn)行了預(yù)定義，分別采用靜態(tài)基線實驗和動態(tài)基線實驗的方式實現(xiàn)了北斗RTK并對定位結(jié)果進(jìn)行了分析。 9．開展了基于北斗動態(tài)相對定位的測控設(shè)備精度鑒定理論與方法研究，在北斗定位精度指標(biāo)驗證的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了北斗精度鑒定系統(tǒng)，研究了精度鑒定數(shù)據(jù)處理方法，并基于該系統(tǒng)完成了某雷達(dá)的精度鑒定實驗，對于及早了解設(shè)備的跟蹤性能與測量精度，查找、分析設(shè)備問題起到了重要的指導(dǎo)作用。
[Abstract]:鍖楁枟鍗槦瀵艱埅緋葷粺(BeiDou Navigation Satellite System)鏄垜鍥芥鍦ㄥ疄鏂界殑鑷富鍙戝睍,鐙珛榪愯鐨勫叏鐞冨崼鏄熷鑸郴緇

本文編號：1961560