【摘要】：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System, GNSS)是20世紀(jì)偉大的系統(tǒng)工程,包含大量的科學(xué)與工程技術(shù)創(chuàng)新。自上世紀(jì)70年代出現(xiàn)至今,GNSS導(dǎo)航定位技術(shù)與理論經(jīng)歷了全面而快速的發(fā)展。一方面導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)從早期的GPS和GLONASS發(fā)展到現(xiàn)在的GPS、GLONASS、Galileo和北斗四系統(tǒng)、從傳統(tǒng)的雙頻信號(hào)發(fā)展到現(xiàn)在的三頻和多頻信號(hào)、從單一的MEO星座發(fā)展到現(xiàn)在的GEO、IGSO和MEO混合星座；另一方面導(dǎo)航定位算法與數(shù)據(jù)處理理論從原來(lái)的事后處理向?qū)崟r(shí)處理、差分處理向單站處理、低精度向高精度、單系統(tǒng)處理向多系統(tǒng)組合處理發(fā)展。多系統(tǒng)、多頻信號(hào)、多觀測(cè)量類型、實(shí)時(shí)高精度應(yīng)用是現(xiàn)代GNSS技術(shù)與理論的發(fā)展趨勢(shì),在提高了GNSS導(dǎo)航定位服務(wù)性能的同時(shí),也為GNSS技術(shù)與理論的現(xiàn)代化發(fā)展提供動(dòng)力與新的要求。GNSS實(shí)時(shí)精密定位技術(shù)具有重要的工業(yè)與科學(xué)應(yīng)用價(jià)值,能顯著提高社會(huì)生產(chǎn)效率,是衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)應(yīng)用的必然發(fā)展趨勢(shì)。用戶在進(jìn)行GNSS實(shí)時(shí)精密定位時(shí),一般都需依賴外部實(shí)時(shí)精密定位服務(wù)系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)定位支持產(chǎn)品,如超快速精密軌道、實(shí)時(shí)精密鐘差、衛(wèi)星硬件延遲和大氣延遲改正等。因此,研究GNSS實(shí)時(shí)精密定位服務(wù)系統(tǒng)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)對(duì)促進(jìn)GNSS實(shí)時(shí)精密定位技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義。本文針對(duì)GNSS實(shí)時(shí)精密定位服務(wù)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中的若干關(guān)鍵技術(shù),重點(diǎn)研究系統(tǒng)輸入觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)預(yù)處理和質(zhì)量控制,GPS、GLONASS、Galileo和北斗四系統(tǒng)實(shí)時(shí)精密鐘差估計(jì),GPS/北斗衛(wèi)星硬件延遲估計(jì)與PPP模糊度固定,以及基于PPP非差模糊度固定的區(qū)域大氣延遲高精度建模等內(nèi)容,優(yōu)化并完善GNSS數(shù)據(jù)處理理論與算法,解決從廣域高精度導(dǎo)航到局域精密定位的實(shí)時(shí)服務(wù)產(chǎn)品生成問(wèn)題,在此基礎(chǔ)上形成一套兼容廣域與局域的實(shí)時(shí)精密定位服務(wù)體系,提供多種尺度的實(shí)時(shí)精密定位服務(wù)產(chǎn)品,促進(jìn)GNSS實(shí)時(shí)精密定位的全方位應(yīng)用。本文的具體研究?jī)?nèi)容和主要貢獻(xiàn)包括以下幾個(gè)方面：1.提出了一種適用于三頻導(dǎo)航信號(hào)的實(shí)時(shí)周跳探測(cè)與修復(fù)算法,能充分利用北斗、現(xiàn)代化GPS、QZSS等衛(wèi)星的三頻觀測(cè)量進(jìn)行實(shí)時(shí)周跳探測(cè)與修復(fù),其單歷元探測(cè)修復(fù)成功率分別為北斗99.14%、GPS/QZSS 99.96%;針對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量與運(yùn)算效率的要求,提出了基于系統(tǒng)實(shí)時(shí)產(chǎn)品的分布式并行PPP數(shù)據(jù)預(yù)處理與質(zhì)量控制策略,地面參考站可利用系統(tǒng)播發(fā)的產(chǎn)品獨(dú)立地進(jìn)行PPP數(shù)據(jù)處理,能高效地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題觀測(cè)量和粗差。2.基于傳統(tǒng)非差實(shí)時(shí)精密鐘差估計(jì)方法,發(fā)展了一種雙線程并行處理的非差算法,兼顧精度的同時(shí)解決了多系統(tǒng)實(shí)時(shí)精密鐘差估計(jì)的運(yùn)算效率問(wèn)題,該方法同時(shí)運(yùn)行快慢兩個(gè)鐘差估計(jì)線程,慢線程估計(jì)所有的鐘差、對(duì)流層和模糊度參數(shù),快線程將對(duì)流層和模糊度參數(shù)固定為慢線程輸出的最新估值,只估計(jì)衛(wèi)星和接收機(jī)的鐘差參數(shù),采用60個(gè)參考站的多系統(tǒng)觀測(cè)量估計(jì)四系統(tǒng)實(shí)時(shí)鐘差時(shí),慢線程單歷元處理耗時(shí)15s,快線程耗時(shí)2s,滿足實(shí)時(shí)性要求；研究了多系統(tǒng)實(shí)時(shí)鐘差估計(jì)中不同系統(tǒng)間偏差參數(shù)化方法與鐘差精度的關(guān)系,確定了多系統(tǒng)實(shí)時(shí)精密鐘差估計(jì)中系統(tǒng)間偏差的最優(yōu)參數(shù)化策略；提出了一種基于預(yù)報(bào)殘差建模的實(shí)時(shí)鐘差短時(shí)預(yù)報(bào)算法,采用3h實(shí)時(shí)估計(jì)鐘差進(jìn)行鐘差預(yù)報(bào),預(yù)報(bào)1 h、2 h和3 h的鐘差精度分別為-0.3 ns、-0.4 ns和～0.5 ns,基本能滿足實(shí)時(shí)精密定位要求,提高系統(tǒng)服務(wù)的穩(wěn)定性。3.研究了衛(wèi)星硬件延估計(jì)和PPP模糊度固定的理論和方法,分析不同F(xiàn)CB估計(jì)算法的一致性,在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了單站模糊度固定——FCB網(wǎng)平差的非差FCB估計(jì)算法,支持多種來(lái)源的模糊度觀測(cè)量；分別采用MGEX全球網(wǎng)和中國(guó)陸態(tài)網(wǎng)的GPS/北斗觀測(cè)數(shù)據(jù)估計(jì)兩個(gè)系統(tǒng)的FCB產(chǎn)品,其中GPS衛(wèi)星和北斗IGSO、MEO衛(wèi)星的寬巷FCB都比較穩(wěn)定,天內(nèi)變化0.4周,日平均值差異在0.1周左右,窄巷FCB天內(nèi)變化0.5周,日平均值差異較大,FCB估計(jì)過(guò)程中的寬巷和窄巷模糊度殘差絕大部分分布在-0.25～0.25周之間,其中95%的置信區(qū)間在0.1周,表明FCB產(chǎn)品在各模糊度之間的一致性；采用不同F(xiàn)CB產(chǎn)品分別進(jìn)行GPS和北斗的用戶端PPP模糊度固定,驗(yàn)證了GPS衛(wèi)星FCB產(chǎn)品的PPP模糊度固定性能和北斗IGSO、MEO衛(wèi)星PPP模糊度固定的可能性,其中GPS單系統(tǒng)模糊度固定能使三維定位精度提升1.65% 30.47%,可固定測(cè)站的北斗單系統(tǒng)模糊度固定能提升7.43%-36.99%,GPS/北斗組合模糊度固定能提升5.21%-43.53%。4.提出了一種基于參考站網(wǎng)PPP模糊度固定的天頂對(duì)流層延遲與斜徑電離層延遲的區(qū)域高精度建模方法,基于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)進(jìn)行了大氣延遲的建模實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證算法性能,對(duì)于局域CORS網(wǎng),對(duì)流層的插值的RMS為～1 cm,斜徑電離層的插值精度為-0.2 TECU,對(duì)于站間距為～300 km尺度的廣域網(wǎng),對(duì)流層插值的RMS為～2 cm,斜徑電離層插值精度為～0.5 TECU;利用短基線對(duì)非差與雙差大氣延遲產(chǎn)品進(jìn)行了一致性檢驗(yàn),顯示兩者差異為天頂對(duì)流層延遲1 cm,斜徑電離層延遲0.1 TECU。5.設(shè)計(jì)了一套兼容廣域和局域的實(shí)時(shí)精密定位服務(wù)體系,能夠根據(jù)用戶的定位模式和精度需求定制不同的實(shí)時(shí)定位服務(wù)；結(jié)合本文的研究對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì),并在PANDA軟件的基礎(chǔ)上自主研發(fā)了一套實(shí)時(shí)精密定位服務(wù)系統(tǒng)軟件,實(shí)現(xiàn)了本文研究的主要功能模塊。
【圖文】：

１ＧＳ０２邐Ｇ邐１０邐天線相位中屯、逡逑ＩＧＳ０３邐ＧＲ邐１０邐天線相位中屯、逡逑合邋ＣＬＫ２４邐Ｇ邐５邐天線相位中屯、逡逑ＣＬＫ２５邐Ｇ邐５邐質(zhì)屯、逡逑ＣＬＫ３日邐Ｇ邐５邐質(zhì)屯逡逑ＣＬＫ３１邐Ｇ邐５邐天線相位中也逡逑ＣＬＫ３５邐Ｇ邐ｍ邐天線相位中屯、逡逑前ＩＧＳ各分析中屯、的實(shí)時(shí)鐘差產(chǎn)品精度大致相當(dāng)，，在０．２邋ｎｓ左右（尹倩倩。下圖是Ｗ邋ＩＧＳ事后精密鐘差產(chǎn)品為參考，對(duì)ＩＧＳ各個(gè)分析中屯、播發(fā)的ＧＰＳ行評(píng)估的結(jié)果。所有實(shí)時(shí)鐘差都是利用ＢＮＣ軟件（ＢＫＧＮｔｒｉｐＣｌｉｅｎｔ，邋ＢＮ并ＩＧＳ的實(shí)時(shí)流，并保存為文件。評(píng)估時(shí)間為２０１５年３００日￣２０１５年％０絡(luò)造成的數(shù)據(jù)流不穩(wěn)定或產(chǎn)品本身不完整的原因，只統(tǒng)計(jì)了產(chǎn)品交完整的。從圖中可Ｗ看出，大部分實(shí)時(shí)鐘差產(chǎn)品的精度都優(yōu)于０．２邋ｎｓ，ＣＮＥＳ、Ｇ產(chǎn)品精度較好，也比較穩(wěn)定，ＢＫＧ和ＥＳＡ的相對(duì)較差，個(gè)別衛(wèi)星的鐘差０．３邋ｎｓ。逡逑０．５邋Ｉ邐１逡逑ＢＫＧ邋Ｈ逡逑

邐ＧＮＳＳ實(shí)時(shí)精密定位服務(wù)系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究導(dǎo)航定位（或數(shù)據(jù)處理）模式都需要在觀測(cè)量和廣播星歷的基礎(chǔ)上提供其他如精密單點(diǎn)定位需要精密軌道和鐘差、差分ＧＰＳ或ＲＴＫ需要差分參考站觀絡(luò)ＲＴＫ需要參考網(wǎng)生成的觀測(cè)誤差或虛擬參考站、廣域差分定位需要參考分改正數(shù)等�？桑蹋海醿�，ＧＮＳＳ實(shí)時(shí)精密定位都需要外部輔助系統(tǒng)或信息的支個(gè)參考站的觀測(cè)量，大到參考網(wǎng)生成的精密定位產(chǎn)品，越是精密的應(yīng)用，需息越多或越精確。下面介紹幾個(gè)知名的ＧＮＳＳ實(shí)時(shí)精密定位系統(tǒng)。逡逑廣域巧強(qiáng)系統(tǒng)（Ｗｉｄｅ邋Ａｒｅａ邋Ａｕｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ邋Ｓｙｓｔｅｍ，邋ＷＡＡＳ）逡逑ＷＡＡＳ是是由美國(guó)聯(lián)邦航空局（ＦＡＡ）在廣域差分ＧＰＳ（邋Ｗｉｄｅ邋Ａｒｅａ邋ＤｉｆｆｅｒｅＷＡＤＧＰＳ）的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)建立的一個(gè)ＧＰＳ星基增強(qiáng)系統(tǒng)，主要針對(duì)航空領(lǐng)航應(yīng)用。ＷＡＡＳ系統(tǒng)現(xiàn)由３８?jìng)�(gè)廣域參考站（Ｗｉｄｅ－ａｒｅａ邋Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ邋Ｓｔａｔｉｏｎ，邋廣域主控站（Ｗｉｄｅ－ａｒｅａ邋Ｍａｓｔｅｒ邋Ｓｔａｔｉｏｎ，邋ＷＭＳ）、６邋個(gè)地面上行注入站（ＧｒｏＳｔａｔｉｏｎｓ，邋ＧＵＳ）、２邋個(gè)操作控制中屯、（�。澹颍幔簦椋铮睿幔欤茫铮睿簦颍铮欤茫澹睿簦澹�，邋ＯＣＣ）、陸（Ｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ邋Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ邋Ｎｅｔｗｏｒｋ，邋ＴＣＮ）、Ｕ及邋３邋顆地球同步衛(wèi)星（ＧＥＯＧＥＯ）組成（Ｋｅｅ邋１９９６），如圖邋１．３－２邋所示（Ｍｉｔｃｈ邋Ｎａｒｉｎｓ邋２００６）。
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：P228.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2519471