【摘要】：2012年底我國北斗系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)正式投入運營,該系統(tǒng)是世界上第一個可全星座播發(fā)三頻衛(wèi)星信號的區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。目前國內(nèi)外已經(jīng)建立大量的可接收多GNSS系統(tǒng)衛(wèi)星信號的跟蹤站,特別是我國各省市相繼更新了可兼容北斗信號的連續(xù)運行參考站系統(tǒng)(Continously Operational Reference Stations Systems, CORS),以促進(jìn)和推廣北斗產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,而網(wǎng)絡(luò)RTK軟件則是CORS系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的核心。北斗由地球靜止軌道(Geostationary Earth Orbit, GEO)、傾斜地球同步軌道(Inclined Geosynchronous Orbit, IGSO)和中地球軌道(Medium Earth Orbit, MEO)三種衛(wèi)星類型構(gòu)成的異構(gòu)星座的特性,以及中長距離基線不可忽略的大氣延遲誤差影響,導(dǎo)致其基準(zhǔn)站間載波相位觀測值模糊度難以快速固定,無法實現(xiàn)其大范圍快速高精度導(dǎo)航和定位服務(wù)。因此,展開北斗中長距離基準(zhǔn)站間模糊度固定以及區(qū)域誤差建模算法研究具有重要現(xiàn)實意義。本文分別從基準(zhǔn)站周跳探測和修復(fù)、北斗系統(tǒng)多路徑誤差特性、北斗基準(zhǔn)站模糊度固定以及區(qū)域誤差建模等方面對中長距離網(wǎng)絡(luò)RTK相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究,主要研究內(nèi)容和貢獻(xiàn)為：1.首先提出了一種適合CORS網(wǎng)基準(zhǔn)站間的載波相位觀測值周跳探測和修復(fù)方法。該方法是一種聯(lián)合雙差無幾何距離(geometry-free, GF)和無電離層觀測值減去衛(wèi)地距(ionosphere-free observation minus computed geometrical distance, IF_OMC)的組合算法。其中雙差GF組合因其僅由載波相位觀測值組成具有較高的觀測精度,但該組合無法探測與雙頻頻率f1/f2比值相近的周跳組合(如GPS雙頻的77k：60k,k為整數(shù))。IF_OMC組合觀測值精度主要受衛(wèi)星軌道誤差影響,對于同一組星歷計算的前后歷元IF_OMC組合,雙差觀測值再經(jīng)過歷元間差分后會進(jìn)一步削弱衛(wèi)星軌道誤差的影響,因此,IF_OMC同樣具有較高探測精度。雙差GF和IF_OMC組合周跳探測方法可分別彌補(bǔ)利用單一組合觀測值時的探測誤區(qū),即GF無法探測組合(GPS 77k:60k, k為整數(shù)),IF_OMC組合歷元間差分后則會有14.65m差異值；反之,IF_OMC算法失效周跳組合(GPS:60k:77k, k為整數(shù)),采用GF組合算法探測時在前后歷元間會引起-7.38 m的變化。文中分別以仿真周跳以及強(qiáng)電離層活躍環(huán)境下有大量真實周跳的CORS數(shù)據(jù)驗證該方法的有效性。實驗結(jié)果表明,對于前者數(shù)據(jù)所有仿真周跳均能全部探測和修復(fù)。由于電離層的干擾導(dǎo)致后者觀測數(shù)據(jù)中含有大量周跳,該方法除了兩處時間間隔較大的周跳無法修復(fù)外,其余周跳均能成功探測和修復(fù)完成。2.文中詳細(xì)研究了北斗三種衛(wèi)星類型的軌道重復(fù)周期、多路徑誤差特性以及改正方法。研究發(fā)現(xiàn)GEO衛(wèi)星并非完全“靜止”,其運行緯度區(qū)間約土1.5°,且為接近一恒星日的周期性運動。GEO衛(wèi)星因其空間運行范圍小,空間位置變化慢導(dǎo)致其多路徑誤差表現(xiàn)出趨勢性平緩變化,短時段內(nèi)無法由多歷元平滑方法削弱其影響。IGSO衛(wèi)星空間運行范圍遠(yuǎn)大于GEO衛(wèi)星,具有與GEO衛(wèi)星相近的軌道重復(fù)周期特性,且其多路徑誤差幅值變化較快。MEO衛(wèi)星約為7天的軌道重復(fù)周期,與GEO和IGSO差異較大,其多路徑誤差幅值變化也較為劇烈。三種衛(wèi)星類型的單差多路徑誤差在前后周期均具有較強(qiáng)的相似性。三種衛(wèi)星的軌道重復(fù)周期差異較大,可采用觀測值域的單差多路徑誤差建模方法對其改正。對BDS短基線觀測值進(jìn)行多路徑誤差改正后,其北、東和天三個方向定位精度達(dá)到1.90mm、1.28mm和4.37 mm,較改正前提高幅度分別為56%、48%和48%。3.提出了一種適用于北斗中長距離基準(zhǔn)站模糊度固定方法。該方法聯(lián)合無幾何距離和無電離層殘差組合(geometry-free and ionosphere-free, GFIF)以及北斗多路徑誤差改正方法用于基準(zhǔn)站模糊度快速固定。北斗三頻觀測值組成的GFIF雖然沒有軌道誤差及與距離相關(guān)等誤差項,但受制于觀測值組合后放大的多路徑誤差及噪聲影響,采用多歷元均值取整方式固定窄巷模糊度效果較差。因此,文中先提取前一個周期的各衛(wèi)星單差GFIF組合的多路徑誤差模型,然后根據(jù)各衛(wèi)星軌道重復(fù)周期改正到當(dāng)前天數(shù)據(jù)的GFIF組合值中,以削弱其多路徑誤差的影響。以三個平均基線長度分別約為120km、80km和50km三角網(wǎng)數(shù)據(jù)驗證該方法有效性。結(jié)果表明：IGSO和MEO衛(wèi)星雙差模糊度平均首次初始化時間(First fixing time, FFT)最長約為1800s內(nèi)。GEO衛(wèi)星的模糊度固定效率與其衛(wèi)星高度角相關(guān),對42°高度角的GEO衛(wèi)星C02的FFT則約為2000s,而對于C04(18°)和C05(-28°)衛(wèi)星該方法效果略差。采用常規(guī)參數(shù)估計方法以模糊度固定衛(wèi)星的無電離層組合觀測值輔助該兩顆低高度角GEO衛(wèi)星模糊度快速確定。試驗結(jié)果表明,對于90km左右基線,兩顆低高度角GEOP星模糊度僅需幾十秒即可固定。同理,該方法可用于輔助GPS衛(wèi)星模糊度快速固定,經(jīng)實測數(shù)據(jù)驗證可使GPS模糊度初始化效率提高約22%。4.提出一種改進(jìn)的非差區(qū)域誤差建模方法。該方法先選取區(qū)域范圍內(nèi)的獨立基線,基準(zhǔn)站模糊度固定后將各衛(wèi)星雙差無電離層組合殘差(主要是對流層延遲誤差)轉(zhuǎn)換為非差殘差,最后內(nèi)插流動站誤差改正數(shù)以輔助其模糊度固定。以連續(xù)三天三個基線長度為～100km的三角網(wǎng)數(shù)據(jù)為例,各網(wǎng)的流動站距主基準(zhǔn)站距離分別為59km、50km和57km。以動態(tài)模式按1小時為樣本間隔分別對流動站重新初始化,采用該非差區(qū)域模型對流動站進(jìn)行誤差改正后,三個案例BDS觀測值的平均初始化時間約為142s。另外,以一個距離主基準(zhǔn)站約54km的實測動態(tài)定位實驗進(jìn)一步驗證本文非差誤差改正方法的有效性,實驗結(jié)果表明BDS觀測值所需初始化時間約為160s。
【圖文】：

會出現(xiàn)劇烈變化。在短基線相對定位中，沮成雙差后即可消除大部分對流層誤差，數(shù)逡逑據(jù)處理時均忽略該誤差影響。對于長基線定位，，即使雙差后該項誤差的影響可達(dá)到數(shù)逡逑十厘米（黃了發(fā)，２０１１）。圖２．１為１４０ｋｍ基線雙差后各衛(wèi)星的對流層延遲誤差，由逡逑圖可知在低高度角時段的雙差對流層延遲誤差可達(dá)２０ｃｍ左右，在高精度定位中必須逡逑顧及該類誤差影響。逡逑通常在ＧＮＳＳ數(shù)據(jù)處理時，因?qū)α鲗訚裱舆t誤差在短時段內(nèi)變化較小，采用模型逡逑改正加參數(shù)估計結(jié)合方式，若有測站氣象資料則能取得更好的改正效果。其中參數(shù)估逡逑２１逡逑

Ｋｌｏｂｕｃｈａｒ模型腳ｏｂｕｃｈａｒ，１９８７）Ｗ及全球格網(wǎng)模型（ＧＭ），但模型改正精度較差，逡逑約為總延遲量的２０＞４０％（張明，２０１５）。與對流層延遲類似，電離層延遲誤差具有測逡逑站空間距離相關(guān)性，對于短基線相對定位，雙差后可不計該項誤差的影響。圖２．２逡逑為上一節(jié)中１４０ｋｍ基線各衛(wèi)星的雙差電離層延巧誤差，由圖可看出雙差后低高度角逡逑衛(wèi)星弧段的殘余電離層誤差可達(dá)１．５ｍ。因此，對于中長距離基線殘余電離層延遲誤逡逑差的影響是不可忽略的。逡逑基準(zhǔn)站間電離層誤差的處理方法主要有參數(shù)估計法（郡子平等，２０１３；張明等，逡逑２２逡逑
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P228.4;TN967.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 高旺;高成發(fā);潘樹國;汪登輝;王勝利;;北斗三頻寬巷組合網(wǎng)絡(luò)RTK單歷元定位方法[J];測繪學(xué)報;2015年06期

2 張明;劉暉;侯祥祥;范城城;郎榮慶;;一種用于長距離網(wǎng)絡(luò)RTK基準(zhǔn)站模糊度固定的非組合方法[J];測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報;2015年01期

3 劉炎炎;葉世榕;江鵬;陳昊;黃志華;杜仲進(jìn);;基于北斗三頻的短基線單歷元模糊度固定[J];武漢大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版);2015年02期

4 錢闖;何暢勇;劉暉;;基于球冠諧分析的區(qū)域精密對流層建模[J];測繪學(xué)報;2014年03期

5 YANG YuanXi;LI JinLong;WANG AiBing;XU JunYi;HE HaiBo;GUO HaiRong;SHEN JunFei;DAI Xian;;Preliminary assessment of the navigation and positioning performance of BeiDou regional navigation satellite system[J];Science China(Earth Sciences);2014年01期

6 鄢子平;丁樂樂;黃恩興;于興旺;;網(wǎng)絡(luò)RTK參考站間模糊度固定新方法[J];武漢大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版);2013年03期

7 高星偉;過靜s

本文編號：2555987