【摘要】：隨著GPS、GLONASS、BDS、Galileo全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷發(fā)展與完善,特別是我國(guó)北斗三號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的順利部署,多模GNSS數(shù)據(jù)處理方法及應(yīng)用的研究逐漸成為衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的熱點(diǎn)。大量研究表明,綜合利用多個(gè)GNSS信號(hào),能有效提高定位的穩(wěn)定性與可靠性,尤其是在山區(qū)、城市、峽谷等衛(wèi)星信號(hào)遮擋嚴(yán)重的地區(qū),因此研究多模GNSS相對(duì)定位理論并與基線解算軟件開發(fā)相結(jié)合有著重要意義和實(shí)用價(jià)值。本文的主要內(nèi)容和成果:(1)多模GNSS定位的基本模型與誤差改正。對(duì)GNSS的時(shí)間系統(tǒng)和坐標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析并且實(shí)現(xiàn)四大系統(tǒng)的時(shí)空統(tǒng)一。詳細(xì)介紹多模融合的函數(shù)模型隨機(jī)模型,重點(diǎn)研究了高度角信噪比聯(lián)合隨機(jī)模型以及基于隨機(jī)模型的驗(yàn)后方差估計(jì)定權(quán)法,實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明該方法可以明顯提高定位精度,雖然迭代次數(shù)平均增加了 1.5次,但是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度在可接受范圍內(nèi)。(2)多模GNSS雙差基線解算模型的構(gòu)建。分析了單差-雙差和參考站-參考星的雙差觀測(cè)值構(gòu)建方法及其不足之處,并與全局搜索法作對(duì)比,通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出:相同數(shù)據(jù)下,以參考站-參考星所得雙差觀測(cè)值數(shù)量為基準(zhǔn),單差雙差法所得雙差觀測(cè)值數(shù)量?jī)H為參考站-參考星的95.6%,全局搜索法所得雙差觀測(cè)值數(shù)量為參考站-參考星的99.94%,再結(jié)合歷元可用性得出全局搜索法整體最優(yōu)的結(jié)論;研究了基線解算模型病態(tài)性以及對(duì)模糊度解算的影響,通過(guò)引入偽距觀測(cè)方程顯著降低模型的病態(tài)性,加快模糊度的收斂速度;研究了適用于短基線與中長(zhǎng)基線的基線解算模型,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:多模GNSS定位精度整體高于單系統(tǒng);短基線四系統(tǒng)定位相對(duì)于單GPS在ENU方向定位精度分別提高了27.5%、28.1%、34.0%,中長(zhǎng)基線四系統(tǒng)定位相對(duì)于單GPS在ENU方向定位精度分別提高了51.2%、47.8%、35.1%。(3)多模GNSS雙差基線解算的影響因素研究。影響基線解算精度的因素有很多,除了各種誤差影響因素和模糊度解算等因素以外,本文主要探討了起算點(diǎn)坐標(biāo)精度對(duì)基線解算的影響,GNSS網(wǎng)平差中基于坐標(biāo)模式和基于基線模式的模式選擇,引入IGS站數(shù)據(jù)增加的多余長(zhǎng)基線對(duì)基線解算的影響研究。最后得出結(jié)論:初始坐標(biāo)誤差在3m以內(nèi)時(shí)對(duì)基線解算沒(méi)有影響,3～10m時(shí)影響為毫米級(jí),達(dá)到40m時(shí)影響為厘米級(jí),誤差為100m時(shí)得出結(jié)果失去其可靠性;引入IGS站所增加的多余長(zhǎng)基線對(duì)基線解算有影響,當(dāng)已知點(diǎn)以A情況進(jìn)行分布時(shí),影響值的最大值達(dá)到5.7mm,平均值在1.2～2.1mm之間;以B情況進(jìn)行分布時(shí),影響值最大值達(dá)到9.4mm,平均值在3.0～5.3mm之間,差異比較明顯,所以需要考慮引入IGS站數(shù)據(jù)對(duì)高精度基線解算的影響;對(duì)比A、B兩種情況,從影響的最大值和平均值來(lái)看,B方案的差異明顯較A方案差異大,此時(shí)還應(yīng)該考慮已知點(diǎn)分布不同對(duì)基線解算的影響。(4)多模GNSS基線解算軟件設(shè)計(jì)與開發(fā)。在本文的理論以及算法成果的基礎(chǔ)上,基于Matlab開發(fā)一套多模GNSS基線解算軟件(goGNSS)。利用零基線對(duì)比分析了 6種不同組合模式下偽距單點(diǎn)、偽距雙差的定位性能,同時(shí)驗(yàn)證了本文建立的多模GNSS函數(shù)模型、隨機(jī)模型的正確性,其次利用短基線、中長(zhǎng)基線數(shù)據(jù)進(jìn)行基線解算并與商業(yè)軟件和GAMIT軟件基線解算結(jié)果作對(duì)比,結(jié)果表明:自編軟件解算精度與商業(yè)軟件相當(dāng),基線解算向量在三個(gè)方向上與GAMIT的基線解算向量互差均小于1cm,從而驗(yàn)證軟件編寫的正確性。
【圖文】：

服務(wù)；但是 2 顆 FOC 衛(wèi)星由于運(yùn)載火箭發(fā)生故障未能進(jìn)入預(yù)定軌道[18]。歐洲導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)管理局（GSA）發(fā)布了關(guān)于 Galileo 系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息，明確表示上述 2 顆 FOC衛(wèi)星為在軌試驗(yàn)衛(wèi)星，尚無(wú)法提供導(dǎo)航服務(wù)，Galileo 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在一些頻段上可以與BDS 以及 GPS 進(jìn)行系統(tǒng)間的互操作[18-20]。圖 1.1 為世界主要導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的星座布局示意圖，表 1.1 為主要導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)頻率。GPS 星座軌道示意圖 BDS 星座軌道示意圖

為了比較聯(lián)合模型與單獨(dú)的信噪比模型、高度角模型、等權(quán)模型，進(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)分析：實(shí)驗(yàn)區(qū)域選擇在西安科技大學(xué)男生宿舍 12 樓樓頂進(jìn)行單點(diǎn)定位，使用海星達(dá)多模數(shù)據(jù)接收機(jī)采集數(shù)據(jù)，采樣間隔為 5 秒，開機(jī)時(shí)間為 2018 年 11 月 10 日 9:45-13:45 共4 個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù)。為對(duì)比不同隨機(jī)模型的定位效果，，再使用 RTKlib 軟件進(jìn)行精密單點(diǎn)定位，與所獲得坐標(biāo)值作對(duì)比。圖 a、b、b、d 依次為等權(quán)、高度角、信噪比、聯(lián)合高度角信噪比隨機(jī)模型的最終定位圖。a：等權(quán)模型最終定位圖 b：高度角模型最終定位圖
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：P228.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2663795