【摘要】：由于相對或差分定位技術(shù)需要參考站網(wǎng)支持,在全球范圍無需參考站支持并能夠提供瞬時厘米級定位的精密單點定位技術(shù)被提出并引起廣泛關(guān)注,但是PPP技術(shù)也有自身的瓶頸,即較長的收斂時間和浮點模糊度解。PPP的收斂時間一般需要15分鐘甚至更久,極大的限制了其在實時領(lǐng)域的應(yīng)用。PPP模糊度固定能夠顯著改善定位精度,尤其是在東方向;同時極大縮短收斂時間從而提高生產(chǎn)作業(yè)的效率,使得其成為近年P(guān)PP研究領(lǐng)域的熱點問題。本文的研究主要圍繞如何快速有效的固定非差模糊度展開。關(guān)于CDMA信號體制的PPP模糊度固定研究取得了大量成果,其數(shù)據(jù)處理策略及算法適用于采用CDMA信號體制的GPS、BeiDou和Galileo系統(tǒng),但其無法適用于采用FDMA信號體制的GLONASS系統(tǒng)。關(guān)于FDMA信號體制的GLONASS PPP模糊度固定有諸多難點:1)不同頻率通道號衛(wèi)星發(fā)射的載波信號波長不同;2)IFCBs無法簡單模型化;3)不同類型接收機之間存在IFPBs。PPP模糊度固定一般需要通過Melbourne-Wubbena組合形成寬巷模糊度,而IFCBs勢必會經(jīng)由此組合進入到寬巷模糊度估值中,無法通過星間單差消除。因此有關(guān)GLONASS PPP-AR的思路均圍繞如何消除IFCBs的影響展開。不同于GPS的是GLONASS無電離層模糊度恰好具有整數(shù)特性,因為其1和2頻點的頻率之比為9/7。在此基礎(chǔ)上本文給出了 GLONASS PPP無電離層模糊度固定算法,該方法不受IFCBs的影響,且無需限定同類型接收機,簡化了 GLONASS PPP模糊度固定數(shù)據(jù)處理流程。通過事后模式實驗驗證了方法的可行性,在GPS模糊度固定基礎(chǔ)上固定GLONASS無電離層模糊度能有效改善定位精度并縮短PPP收斂時間。但無電離層模糊度波長僅為窄巷波長的一半,其對模糊度估值中的殘余誤差較為敏感。開展動態(tài)濾波PPP模糊度固定試驗,僅固定GPS窄巷模糊度的情況下,首次模糊度固定時間為17.2分鐘;若進一步固定GLONASS無電離層模糊度使得首次模糊度固定時間縮短了約10%,減小為15.45分鐘,為該方法在生產(chǎn)作業(yè)中的廣泛應(yīng)用提供了參考指標(biāo)。GLONASS無電離層模糊度固定方法對誤差敏感,因此為了保證模糊度估值足夠精確常需要較長的觀測時間,嚴(yán)重制約了 PPP的工作效率。第四章介紹了GLONASS PPP窄巷模糊度固定方法,不同于GLONASS無電離層模糊度固定和非差非組合模糊度固定,以上兩種方法都繞過Melbourne-Wubbena組合從而避免IFCBs的影響;而PPP窄巷模糊度固定利用單站GLONASS IFCBs隨時間穩(wěn)定這一特征,逐站逐衛(wèi)星的校正IFWBs,消除了 IFCBs對Melbourne-Wubbena組合寬巷模糊度的影響,從而實現(xiàn)了 PPP窄巷模糊度固定。為了避免在IFWBs的整數(shù)調(diào)整中做出錯誤判斷,實際上對于大尺度網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理,這種錯誤很難避免;本文選擇對窄巷模糊度施加IFNBs改正來消除IFWBs隱含整數(shù)的影響。IFWBs/IFNBs校正信息是GLONASS PPP窄巷模糊度固定的前提,其具有很好的時間穩(wěn)定性。對同一組數(shù)據(jù)分別進行GLONASS PPP窄巷模糊度固定和PPP無電離層模糊度固定實驗,當(dāng)首次模糊度固定時間小于10分鐘時前者的固定解比例要高出后者20%。此外,在GPS模糊度固定的基礎(chǔ)上進一步固定GLONASS窄巷模糊度,首次模糊度固定時間為12.07分鐘,而對應(yīng)于無電離層模糊度則為15.45分鐘,首次模糊度固定時間進一步縮短了 20%以上。參與模糊度固定的備選模糊度越多,部分模糊度固定策略的成功率越高。系統(tǒng)間PPP-AR僅需一顆參考星而不是像系統(tǒng)內(nèi)固定時各系統(tǒng)選擇各自的參考星,使得更多的備選模糊度參與模糊度固定。本文給出了有關(guān)系統(tǒng)間GPS/BeiDou PPP模糊度固定的算法,ISWBs/ISNBs是實現(xiàn)系統(tǒng)間PPP模糊度固定的前提,其具有很好的時間穩(wěn)定性。85%相鄰天之間的變化量不超過0.05周;但也存在跳變的情況,一般是因為接收機冷啟動或者是固件升級,具有可預(yù)見性。此外個別測站的ISWBs/ISNBs隨時間波動較大,呈現(xiàn)出亞天的信號;但是2小時更新頻率的ISWBs/ISNBs與以天為更新頻率的估值偏差一般不超過0.1周。系統(tǒng)間GPS/BeiDouPPP模糊度固定相比系統(tǒng)內(nèi)模糊度固定并不改善定位精度,但可以縮短首次模糊度固定時間約10%,由10.82分鐘縮短為9.77分鐘�；诒疚腜PP模糊度固定算法研究的基礎(chǔ)上在僅能處理GPS的PPP-RTK模塊中進一步增加對GLONASS、BeiDou及Galileo系統(tǒng)的PPP模糊度固定功能,開發(fā)了四系統(tǒng)無電離層組合PPP模糊度固定軟件包和非差非組合PPP模糊度固定軟件包,對PANDA軟件的PPP-RTK模塊進行了完善和擴展。采用本文開發(fā)的兩個軟件包分別進行了 GPS/GLONASS/BeiDou/Galileo四系統(tǒng)無電離層組合PPP模糊度固定實驗及GPS/GLONASS非差非組合PPP模糊度固定實驗,在驗證了軟件包數(shù)據(jù)處理能力的同時也證明了多系統(tǒng)模糊度固定在無電離層組合PPP和非差非組合PPP中所發(fā)揮的重要作用。
【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】：2018
【分類號】：P228.4
【圖文】：

１２０７．１４ＭＨｚ邋及邋１２６８．５２ＭＨｚ，而邋ＢｅｉＤｏｕ－３邋的頻率采用了邋ＬＩ、Ｌ２邋及邋Ｂ３。截至邋２０１８逡逑年１月，己發(fā)射７顆北斗３代衛(wèi)星，目標(biāo)是在２０２０年建成一個包含３顆ＧＥＯ，邋３顆逡逑ＩＧＳＯ和２４顆ＭＥＯ衛(wèi)星的導(dǎo)航系統(tǒng)。圖１－３為ＢｅｉＤｏｕ星座在２０１７年９月１３日，逡逑０－２４ＵＴＣ期間的星下點軌跡，衛(wèi)星標(biāo)簽表示衛(wèi)星在午夜０時星下點位置；３種顏色逡逑用于區(qū)分不同軌道類型，其中紅色表示ＧＥＯ衛(wèi)星，綠色表示ＩＧＳＯ衛(wèi)星，藍色表示逡逑ＭＥＯ衛(wèi)星（楊元喜，２０１０）。逡逑８０0ｓ＾＿邐邐邐邐ｍｍ逡逑１５０°Ｗ邐１００°Ｗ邐５０°Ｗ邐０°邐５０°Ｅ邐１００°Ｅ邐１５０°Ｅ逡逑圖１－１邋２０１７年９月１３日，０－２４ＵＴＣ，ＧＰＳ導(dǎo)航衛(wèi)星的星下點軌跡逡逑８０°Ｎ邐一逡逑４00ｓ逡逑１５０°Ｗ邐１００°Ｗ邐５０°Ｗ邐０°邐５０°Ｅ邐１００°Ｅ邐１５０°Ｅ逡逑圖１－２邋２０１７年９月１３日，０－２４ＵＴＣ，邋ＧＬＯＮＡＳＳ導(dǎo)航衛(wèi)星的星下點軌跡逡逑考慮到衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)對政治軍事經(jīng)濟的巨大利益，歐盟組建了自己的逡逑Ｇａｌｉｌｅｏ系統(tǒng)。該系統(tǒng)由歐洲宇航局（Ｅｕｒｏｐｅａｎ邋Ｓｐａｃｅ邋Ａｇｅｎｃｙ

并分別于２００５和２００８年發(fā)射了邋２顆在軌實驗星進行關(guān)鍵技術(shù)驗證。該系統(tǒng)逡逑計劃由３０顆衛(wèi)星組成，其中６顆為在軌備用星。Ｇａｌｉｌｅｏ己在２０１６年底提供初始服逡逑務(wù)，并計劃于２０２０年建設(shè)完成。圖１－４為Ｇａｌｉｌｅｏ星座在２０１７年９月１３日，０－逡逑２４ＵＴＣ期間的星下點軌跡，衛(wèi)星標(biāo)簽表示衛(wèi)星在午夜０時星下點位置；４種顏色用逡逑于區(qū)分不同軌道面（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇａｌｉｌｅｏｇｎｓｓ．ｅｕ／）。逡逑截至２０１８年１月己有８３顆導(dǎo)航衛(wèi)星可用，未來ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、ＢｅｉＤｏｕ和逡逑ＧａｌＵｅｏ四個全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的可視衛(wèi)星個數(shù)可達１２０顆。多頻多系統(tǒng)的環(huán)境極大逡逑地推動了導(dǎo)航定位技術(shù)的發(fā)展（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｇｓ．ｏｒｇ／ｍｇｅｘ／）。逡逑１５０°Ｗ邐１００°Ｗ邐５０°Ｗ邐０°邐５０°Ｅ邐１００°Ｅ邐１５０°Ｅ逡逑圖１－３邋２０１７年９月１３日，０－２４ＵＴＣ邋ＢｅｉＤｏｕ導(dǎo)航衛(wèi)星的星下點軌跡逡逑８０°Ｎ邐一々逡逑。１邐佭＿邋ＴＨＴＭ』逡逑８0４，邋－；邐邐邐—逡逑１５０°Ｗ邐１００°Ｗ邐５０°Ｗ邐０°邐５０°Ｅ邐１００°Ｅ邐１５０°Ｅ逡逑圖１－４邋２０１７年９月１３日，０－２４ＵＴＣ邋Ｇａｌｉｌｅｏ導(dǎo)航衛(wèi)星的星下點軌跡逡逑４逡逑

圖２－１單層電離層模型的測站天頂角和穿刺點天頂角幾何關(guān)系示意逡逑電離層延遲簡化模型設(shè)定電離層為一個環(huán)繞地球的薄層。此時斜路徑ＴＥＣ就可逡逑以模型化為天頂ＴＥＣ邋（ＶｅｒｔｉｃａｌＴＥＣ，邋ＶＴＥＣ）和斜路徑映射函數(shù)的乘積。圖２－１為逡逑單層電離層模型的測站天頂角和電離層穿刺點（ＩＰＰ，邋Ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ邋Ｐｉｅｒｃｅ邋Ｐｏｉｎｔ）天頂逡逑角幾何關(guān)系示意圖（Ｈｏｆｍａｎｎ－Ｗｅｌｌｅｎｈｏｆ等，２００７）。偽距電離層延遲可以表達為逡逑ＶＴＥＣ和穿刺點天頂角ｚ＇的方程：逡逑／邋＝N４０＿３．枈邐（２．４９）逡逑ＣＯＳＺ＊邋／２逡逑穿刺點天頂角Ｙ可由接收機處天頂角Ｚ、地球半徑以及薄層高度／／求出：逡逑ｓｉｎｚ’邋＝邋———ｓｉｎ邋ｚ邐（２－５０）逡逑Ｒｅ＋ｈ逡逑隨著站星天頂角的變化，映射函數(shù)的取值在１－３之間。ＶＴＥＣ的變化范圍通常由晚逡逑上的幾ＴＥＣＵ到白天的幾十ＴＥＣＵ不等。當(dāng)電離層活躍時，ＶＴＥＣ的峰值可達逡逑２００ＴＥＣＵ。逡逑若有ＶＴＥＣ的改正值可用，比如ＧＩＭ，用戶可根據(jù)（２－４９）在觀測模型中改正電逡逑離層的影響。通常全球電離層格網(wǎng)產(chǎn)品比廣播星歷的Ｋｌｏｂｕｃｈａｒ模型改正（Ｋｌｏｂｕｃｈａｒ，逡逑１９８７）更為精確（０ｖｓｔｅｄａｌ，２00２）。在多頻應(yīng)用中，外部的ＶＴＥＣ信息常作為電離層先逡逑驗信息

【參考文獻】

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本文編號：2799347