【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(shí)厘米級定位的精密單點(diǎn)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(shí)間和浮點(diǎn)模糊度解。PPP的收斂時(shí)間一般需要15分鐘甚至更久,極大的限制了其在實(shí)時(shí)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(shí)極大縮短收斂時(shí)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(diǎn)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(diǎn):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(jī)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(jìn)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?yàn)槠?和2頻點(diǎn)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(jī),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(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)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(yàn),僅固定GPS窄巷模糊度的情況下,首次模糊度固定時(shí)間為17.2分鐘;若進(jìn)一步固定GLONASS無電離層模糊度使得首次模糊度固定時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(cuò)誤判斷,實(shí)際上對于大尺度網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理,這種錯(cuò)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(shí)間穩(wěn)定性。對同一組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行GLONASS PPP窄巷模糊度固定和PPP無電離層模糊度固定實(shí)驗(yàn),當(dāng)首次模糊度固定時(shí)間小于10分鐘時(shí)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(jìn)一步固定GLONASS窄巷模糊度,首次模糊度固定時(shí)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(shí)間進(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間PPP模糊度固定的前提,其具有很好的時(shí)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?yàn)榻邮諜C(jī)冷啟動或者是固件升級,具有可預(yù)見性。此外個(gè)別測站的ISWBs/ISNBs隨時(shí)間波動較大,呈現(xiàn)出亞天的信號;但是2小時(shí)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(shí)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(jìn)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(jìn)行了完善和擴(kuò)展。采用本文開發(fā)的兩個(gè)軟件包分別進(jìn)行了 GPS/GLONASS/BeiDou/Galileo四系統(tǒng)無電離層組合PPP模糊度固定實(shí)驗(yàn)及GPS/GLONASS非差非組合PPP模糊度固定實(shí)驗(yàn),在驗(yàn)證了軟件包數(shù)據(jù)處理能力的同時(shí)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(gè)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(diǎn)軌跡，衛(wèi)星標(biāo)簽表示衛(wèi)星在午夜０時(shí)星下點(diǎn)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(lán)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(diǎn)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(diǎn)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(jì)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(shí)驗(yàn)星進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證。該系統(tǒng)逡逑計(jì)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(jì)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(diǎn)軌跡，衛(wèi)星標(biāo)簽表示衛(wèi)星在午夜０時(shí)星下點(diǎn)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(gè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的可視衛(wèi)星個(gè)數(shù)可達(dá)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(gè)環(huán)繞地球的薄層。此時(shí)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(diǎn)（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(dá)為逡逑ＶＴＥＣ和穿刺點(diǎn)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(diǎn)天頂角Ｙ可由接收機(jī)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(shí)，ＶＴＥＣ的峰值可達(dá)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(yàn)信息

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2799347