本文關(guān)鍵詞：基于北斗增強的實時PPP及在礦山地表監(jiān)測的研究

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【摘要】：GNSS實時精密單點定位技術(shù)僅需單臺GNSS接收機即可實現(xiàn)實時厘米級定位和分米級導(dǎo)航。該技術(shù)目前處于理論研究和測試階段,尚未大范圍或區(qū)域應(yīng)用,在軍事、工程、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景和市場。論文圍繞基于北斗增強的GPS+BDS實時精密單點定位技術(shù)展開研究,重點涵蓋了精密單點定位誤差改正模型、非差載波觀測值周跳實時探測與修復(fù)、GPS+BDS精密軌道確定與預(yù)報、實時衛(wèi)星鐘差濾波解算、實時PPP抗差濾波模型、GPS+BDS多系統(tǒng)實時精密單點定位融合等方面,主要研究內(nèi)容和成果如下:(1)研究了RT-PPP三類誤差源特性和量級,及其誤差改正模型或消除方法。與傳統(tǒng)PPP不同的是,RT-PPP需特別考慮實時軌道、實時鐘差、ERP和BDS PCO/PCV四種誤差,尤其是后兩者更容易被忽視。(2)分析了現(xiàn)有非消電離層組合周跳探測方法的本質(zhì)和條件,即:電離層延遲必須保持穩(wěn)定或緩慢變化。針對雙頻非差載波觀測值提出了基于MW組合/電離層延遲法的周跳實時探測方法,該方法可被用于30s的低采樣率非差觀測數(shù)據(jù)。為保證周跳實時探測的成功率,可與其它組合觀測值聯(lián)合使用。同時,增大設(shè)置衛(wèi)星截止高度角和提高電離層延遲預(yù)報精度,可以有效提高現(xiàn)有周跳方法的成功率。(3)針對三頻非差載波觀測值,提出了基于電離層延遲改正的偽距相位組合/無幾何相位組合周跳實時探測與修復(fù)方法,三個組合觀測值整體不存在不敏感周跳組合且線性不相關(guān)。同時,考慮電離層延遲對無幾何相位組合精度的影響,以滑動開窗法對無幾何相位組合觀測值進行修正以減弱電離層延遲的影響。結(jié)果表明,可以實現(xiàn)對不同采樣率和不同類型衛(wèi)星的任意周跳組合的實時探測,且僅需對周跳估值最小二乘解四舍五入直接取整即可準確進行周跳修復(fù),不需要復(fù)雜的搜索匹配過程。(4)研究了小數(shù)偏差模糊度固定的方法和策略,采用55個IGS/MGEX跟蹤站進行精密軌道確定。結(jié)果表明,小數(shù)偏差法的模糊度固定方法可以較大提高衛(wèi)星精密定軌的精度,GPS衛(wèi)星提高了43%,BDS的GEO、IGSO和MEO衛(wèi)星分別提高了32%、82%和54%;GPS定軌精度優(yōu)于3cm,BDS的GEO優(yōu)于3m,IGSO和MEO優(yōu)于10cm。(5)研究了太陽光壓模型對軌道確定和預(yù)報的影響,分別采用ECOM 5和ECOM 9參數(shù)光壓模型對GPS和BDS進行軌道確定和預(yù)報分析。結(jié)果表明,針對GPS衛(wèi)星軌道確定和預(yù)報,ECOM 9參數(shù)較ECOM 5參數(shù)模型有10%的提升;而北斗采用兩種光壓模型精度基本相當,也說明了ECOM光壓模型用于BDS定軌的可行性。GPS預(yù)報6 h的軌道精度優(yōu)于5cm,而北斗預(yù)報6 h的IGSO和MEO衛(wèi)星軌道精度優(yōu)于20cm,GEO衛(wèi)星軌道精度優(yōu)于3m。(6)針對觀測量之間相關(guān)性的問題,改進完善了均方根信息濾波的質(zhì)量控制模型,論證了抗差均方根信息濾波的抗差因子選取。模擬結(jié)果表明,改進方法可以對各種異常值組合進行合理取舍,并準確修復(fù)。同時,對81個IGS/MGEX跟蹤站數(shù)據(jù)進行衛(wèi)星實時鐘差濾波解算和質(zhì)量控制。結(jié)果表明,GPS實時衛(wèi)星鐘差精度優(yōu)于0.2 ns,BDS優(yōu)于0.3 ns。整體上達到了實現(xiàn)實時厘米級精密定位的衛(wèi)星鐘差精度要求。(7)針對精密單點定位載波和偽距觀測量不等精度和相關(guān)性的特性,提出了采用基于殘差向量的標準化殘差雙抗差因子Kalman濾波,可以有效地克服傳統(tǒng)抗差算法對高精度觀測量粗差不敏感的缺點,通過對殘差向量降相關(guān)和迭代計算可以有效克服其相關(guān)性。結(jié)果表明,基于殘差的等價權(quán)陣雙抗差因子Kalman濾波質(zhì)量控制模型,單個衛(wèi)星粗差對位置參數(shù)影響小于1 mm,可以有效消除或減弱異常粗差對定位解的影響。(8)研究了GBM事后、CUM-U超快速和解算的實時精密產(chǎn)品分別采用GPS和GPS+BDS組合實時PPP的精度。結(jié)果表明:GBM事后、CUM-U超快速和實時精密產(chǎn)品若需得到10cm定位精度分別需要15-20min、40min和2-3h的收斂;若需得到平面優(yōu)于2cm、高程優(yōu)于5cm的定位精度分別需要1h、1.5-2h和4-5h的收斂;若需得到mm級的定位精度分別需要3-4h、4-5h和5-6h的收斂;同時,在GPS衛(wèi)星足夠多的情況下,單GPS和GPS+BDS組合收斂后定位精度基本相當,但GPS+BDS組合可以加快收斂速度。(9)對礦區(qū)觀測條件較好的CORS站和遮擋區(qū)域的實測數(shù)據(jù)進行實時PPP解算。CORS站解算結(jié)果表明:采用本文方法和實時精密產(chǎn)品經(jīng)過4-5h收斂后,可得到1cm甚至mm級的定位精度,可以滿足礦山地表實時監(jiān)測的精度要求。遮擋區(qū)域?qū)崪y數(shù)據(jù)結(jié)果表明:在GPS衛(wèi)星數(shù)較少的條件下,GPS+BDS可以較大地提高定位精度和收斂速度。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD325.4
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本文編號：1267683