發(fā)布時間：2020-06-10 20:37

【摘要】：目前全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)在實(shí)時定位領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景,同時多系統(tǒng)多頻時代又為實(shí)時GNSS用戶帶來了更優(yōu)越的定位條件。在實(shí)時定位中,相對定位具有應(yīng)用廣泛、計算效率高、解算精度高的優(yōu)勢。對導(dǎo)航用戶而言,基準(zhǔn)站與流動站之間的基線長度決定了定位結(jié)果和精度的好壞。對20公里以內(nèi)的短基線定位,影響GNSS定位的衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘誤差、電離層誤差、對流層誤差、軌道誤差、硬件延遲等主要誤差將被消去,在模糊度正確固定的情況下,靜態(tài)測站的定位結(jié)果可達(dá)到厘米級甚至毫米級,動態(tài)定位結(jié)果可達(dá)到厘米級。對幾十公里到幾百公里的中長基線定位,鐘差、軌道誤差以及硬件延遲依然可以被消去,但由于基準(zhǔn)站與流動站的空間位置差距過大,導(dǎo)致對流層及電離層誤差時空特性差異增大,難以消去,因而一般要通過模型改正、參數(shù)估計、觀測值組合等方式消去。若能對這些誤差進(jìn)行有效改正,精度也可達(dá)分米或厘米級。對幾百公里以上的超長基線,誤差消去情況與中長基線類似,但由于距離過遠(yuǎn)會導(dǎo)致基準(zhǔn)站與流動站之間的共視衛(wèi)星大大減少,難以進(jìn)行高精度定位尤其是動態(tài)定位。本文研究了Multi-GNSS實(shí)時相對定位方法,主要創(chuàng)新點(diǎn)與結(jié)論總結(jié)如下:(1)針對短基線實(shí)時相對定位中的模糊度解算問題,使用均值模糊度法對開始若干歷元模糊度進(jìn)行初始化,以縮短模糊度解算所需的時間(初始化時間)。短基線定位實(shí)驗(yàn)表明,使用模糊度均值法,模糊度初始化時間在30個歷元以內(nèi),穩(wěn)定后靜態(tài)定位和動態(tài)定位精度分別為毫米級和厘米級。(2)使用LC模糊度均值法和電離層約束法兩種長基線模糊度解算策略。長基線定位時,若電離層延遲誤差無法有效改正,只能通過觀測值組成消電離層組合消去,這將使冗余觀測減少,而對于長基線相對定位用戶,共視衛(wèi)星較少本身就使得觀測量并不充裕。因此,針對觀測量充足的用戶,研究了LC模糊度均值法;針對觀測量不足或使用單頻接收機(jī)的用戶,提出基于電離層產(chǎn)品的電離層約束法。實(shí)驗(yàn)表明,模糊度收斂后,兩種策略的定位精度均能達(dá)到厘米級。(3)研究了GF組合+MW均值法聯(lián)合周跳探測的方法。相位觀測值GF組合能有效探測小周跳,但是當(dāng)兩個頻率周跳滿足一定比例條件時無法進(jìn)行有效探測。在這種情況下MW組合可以彌補(bǔ)GF組合探測的不足,但MW組合會受到偽距觀測較大噪聲的影響。因此采用GF組合+MW均值法進(jìn)行周跳探測,能有效降低偽距噪聲的影響,提高周跳探測的成功率和可靠性。(4)對Multi-GNSS相對定位中的驗(yàn)后定權(quán)及載波相位的頻間偏差(IFB)解算進(jìn)行了研究。隨著我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)和其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟Galileo等)的不斷完善,如何實(shí)現(xiàn)高精度Multi-GNSS組合相對定位值得研究。本文將參考站和流動站接收機(jī)間的IFB頻率比率系數(shù)作為待估參數(shù),并建立隨機(jī)游走模型進(jìn)行估計,消除了觀測方程中的IFB誤差影響;采用Helmert方差分量估計法對不同衛(wèi)星系統(tǒng)觀測值進(jìn)行驗(yàn)后定權(quán),提高了多系統(tǒng)組合定位結(jié)果的精度和穩(wěn)定性。(5)從底層開發(fā)了面向?qū)崟r與事后用戶的Multi-GNSS相對定位軟件。該相對定位軟件借鑒了部分RTKLIB的數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)流程序,通過配置文件控制GNSS解算策略。總體上,軟件擁有數(shù)據(jù)流讀取與解碼、GNSS數(shù)據(jù)讀取與存儲、偽距單點(diǎn)定位(SPP)、動態(tài)/靜態(tài)相對定位等功能。
【圖文】：

分別加入３、２、１周的周跳。在Ｃ０７號衛(wèi)星的第１６０、３５０和５２０個歷元的Ｌ１逡逑波段上分別加入３、２、１周的周跳。設(shè)置閾值系數(shù)《邋＝邋３邋（置信度９９．７％），ｃｒ＝０．５，，逡逑結(jié)果如圖３．１所示。左右兩邊分別表示Ｇ２１和Ｃ０７號衛(wèi)星的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，黑線表逡逑示未加入周跳時每個歷元的７Ｖ，＋１－況值，綠線、藍(lán)線和紫線分別表示加入３、２、逡逑１周周跳后的值。從圖中可以看出，ＭＷ均值法閾值收斂速度快，能有效探逡逑測出２２周的周跳。但是，ＭＷ均值法無法探測出Ｓ１周的周跳，因?yàn)椋停捉M合逡逑受噪聲影響較大。值得注意的是，對于Ｃ０７號衛(wèi)星，ＭＷ均值法的閾值能很好逡逑的反映出值的精度范圍，但對于Ｇ２１衛(wèi)星，ＭＷ均值法的閾值范圍明顯大于逡逑Ａ／■，值的浮動范圍。逡逑表３．１短基線值及可探測到的最小周跳逡逑平均值邐最大值逡逑ＳＶＮ邋邐邐逡逑ＧＦＪｕｍｐ邋／ｍｍ邐最小周跳／Ｎ１邐ＧＦｊｕｍｐ邋Ｉｍｍ邐最小周跳／Ｎ１逡逑Ｇ２１邐１．７４２邐０．０８５邐９．７３０邐０．０４３逡逑Ｃ０７邐１．９５８邐０．０８４邐１０．２９

分別加入３、２、１周的周跳。在Ｇ３１號衛(wèi)星的２００、４５０、６５０個歷元的Ｌ１波段逡逑上分別加入３、２、１周的周跳。閾值系數(shù)設(shè)為《＝３邋（置信度９９．７％），0＊＝０．５，逡逑統(tǒng)計結(jié)果如圖３．２所示。左右兩邊分別表示Ｇ１０和Ｇ３１號衛(wèi)星的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖逡逑中各顏色線段意義與圖３．１相同。ＭＷ組合值幾乎不受到基線長短的影響，因此逡逑長基線ＭＷ均值法探測效果與短基線幾乎相同。與短基線實(shí)驗(yàn)中的Ｇ２１號衛(wèi)星逡逑類似，Ｇ１０號衛(wèi)星ＷＭ值相對穩(wěn)定。左圖中加入１周周跳后的紫線與黑線（未逡逑加入周跳）分離明顯，但ＭＷ均值法閾值過大，沒有成功探測出此周跳。右圖逡逑Ｇ３１號衛(wèi)星的ＭＷ值波動明顯，可能由Ｇ３１號衛(wèi)星前４００個歷元高度角小于２０°，逡逑觀測噪聲較大導(dǎo)致；但ＭＷ均值法依然能探測出２２周的周跳，１周的周跳與原逡逑始值分離不明顯，無法有效探測。逡逑表３．２長基線｜ＧＦ；，＿｜值及可探測到的最小周跳逡逑平均值邐最大值逡逑ＳＶＮ邋邐邐逡逑ＧＦｊ
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P228.4

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本文編號：2706830