GPS/BDS长距离网络RTK关键技术研究

来源 :武汉大学 | 被引量 : 16次 | 上传用户:emslwh
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
自1994年美国全球定位系统(Global Positioning System, GPS)建成并投入使用以来,GNSS已经成为生产和生活中重要的定位和授时手段,在军事、农业、交通、基础设施建设、灾害监测、气象、地学研究等领域发挥了巨大的作用。2004年我国正式启动BDS二代系统的建设,目前具备为中国及周边地区提供定位导航服务能力,并计划于2020年建成BDS全球系统。随着BDS区域导航定位系统的建成,我国各省市连续运行参考站系统(Continuously Operational Reference Stations System, CORS)面临系统升级的问题,网络RTK软件是CORS系统的核心和灵魂,因此开展GPS/BDS三频长距离网络RTK技术的研究具有重要的现实意义。GPS/BD长距离网络RTK关键技术主要包括三个方面:一是参考站模糊度固定;二是流动站模糊度固定;三是BDS三频模糊度固定。在参考站模糊度固定方面,可以将模糊度固定过程分为两步,第一步,估计模糊度浮点解;第二步,搜索模糊度整数解并进行模糊度检验。模糊度浮点解的精度和收敛速度,直接决定模糊度固定速度和可靠性。模糊度浮点解精度与观测模型、基线解算模式、大气延迟处理方法有关,参考站模糊度固定中使用的基线解算模式可以分为单基线解模式和多基线解算模式,单基线解模式未顾及不同基线参数间相关性,而多基线解模式只解算独立基线,独立基线的选择不具有唯一性,因此无法保证选取的独立基线在任意时刻均具有最高的模糊度固定成功率。网解模式一般用在GNSS精密数据后处理中,选择参考站网中具有最高固定成功率的独立模糊度固定,可以获得最高的模糊度固定率,但是现有参考站模糊度固定方法均未采用网解模式。大气延迟是影响参考站模糊度固定最大的误差源,大气延迟包括电离层延迟和对流层延迟。针对电离层延迟,使用电离层加权法,根据先验信息对双差电离层延迟施加合理的约束,可以显著提高模糊度固定速度。此外,由于短时间内双差电离层延迟具有很强的时间相关性,采用电离层延迟预报方法可以很好地解决信号中断和周跳的问题。但是,现有的参考站模糊度固定方法未考虑不同基线双差电离层延迟间的空间相关性,也没有对对流层延迟进行约束。在流动站模糊度固定方面,现有的网络RTK流动站定位模式可以称为正向RTK模式,流动站上传近似坐标,数据处理中心根据流动站近似坐标生成虚拟参考站并播发给流动站用户,最后流动站完成RTK定位解算。这种模式的缺点有:客户端软件开发难度大、限制了网络RTK算法升级、数据处理中心可用信息少。部分学者提出了反向RTK模式,即流动站向数据处理中心上传原始观测数据,数据处理中心完成定位解算后,向流动站用户返回定位结果。除了能解决正向RTK存在的问题外,反向RTK模式还具有算法一致性更好、可靠性更高、便于后处理等多种优点。目前针对反向RTK的研究还不成熟,还有进一步挖掘的空间。在BDS三频模糊度固定方面,BDS是世界上第一个全系统具有三频信号的卫星导航系统,使多频多系统网络RTK定位成为可能。寻找最优的线性组合是三频模糊度固定的关键,选择合理的线性组合,不仅可以加快模糊度固定速度,还可以提高模糊度固定的可靠性。目前寻找三频观测值最优线性组合的方法,均采用观测值线性组合法,需要综合考虑组合观测值的噪声、波长、受电离层延迟的影响来选择最优的线性组合。这种方法计算过程繁琐,当卫星导航系统具有3个以上频点时,选择最优线性组合将十分困难。而且缺乏唯一量化的评价指标,因此受主观因素影响明显。本文在参考站模糊度固定、流动站模糊度固定和BDS三频模糊度固定方面进行了研究,主要的研究工作和贡献如下:(1)对单基线解模式、多基线解模式和网解模式进行了对比,在估计模糊度浮点解过程中,综合考虑了不同基线双差模糊度、双差电离层延迟和天顶对流层延迟参数间的线性关系,通过法方程映射以及合并的方法实现了参考站网解,提高了初始化速度,模糊度固定正确率也有一定提高。(2)对天顶对流层湿延迟模型进行了研究,分析了天顶对流层湿延迟与测站高程的相关性。根据测站高程对对流层延迟参数进行约束,降低了对流层延迟对对模糊度估值的影响,加快了初始化速度并一定程度上改善了模糊度固定正确率。(3)在估计参考站模糊度浮点解过程中,考虑了不同基线双差电离层延迟的空间相关性,并通过法方程映射和合并的方法,得到基于电离层模型约束的模糊度浮点解,显著提高了初始化速度,模糊度固定的可靠性也有一定改善。(4)分析了反向RTK的优势,对几种参考站与流动站混合组网方案进行了对比。在估计模糊度浮点解过程中,综合考虑了不同流动站基线双差模糊度与参考站基线双差模糊度间线性关系,顾及了不同基线双差大气延迟的空间相关性,通过法方程映射合并实现了网解。相对于正向RTK模式而言,提高了单历元解算的固定率,而且正确率也有一定改善。对于多历元解算而言,固定率和正确率也有一定提高。(5)提出了模糊度精度因子(Ambiguity Precision Factor, APF)的概念,作为线性组合性能的唯一评价指标。使用非组合双差观测模型,可以计算出任意线性组合模糊度的APF值,从而选择最优的线性组合。对长基线情况进行研究,给出了最优线性组合并总结了其规律。同时研究了短基线情况下最优线性组合,并考虑了电离层延迟残差影响,给出了对电离层延迟残差不敏感的最优线性组合。(6)实现了GPS/BDS三频长距离网络RTK算法,并对GPS/BDS长距离网络RTK性能进行了分析。在参考站模糊度固定方面,相对于GPS单系统而言,GPS/BDS双系统初始化速度更快。在流动站网络RTK定位方面,对比了不同截止高度角情况下GPS单系统和GPS/BDS双系统的固定率、可用率和定位精度。相对于GPS单系统而言,GPS/BDS双系统可用性更高,在高截止高度角情况下优势十分明显。
其他文献
体育学科核心素养是目前国际与国内体育课程改革领域关注的热点问题之一。运用文献资料法、比较分析法等方法,对近年来国内外体育学科核心素养的相关研究进行梳理、总结和分
针对网络RTK数据处理方法中组合模型计算复杂及不易扩展的问题,提出一种GPS/BDS网络RTK的非组合模型数据处理方法,并对该方法的定位精度和初始化时间进行分析。在该方法中,多
发动机火警探测系统是现代飞机一个很重要的组成部分 ,它能否准确及时的探测到发动机火警 ,不仅影响到飞机的正常营运 ,还直接危及到飞行安全。本文分析了现代飞机的发动机火
玉米的种植密度对不同玉米品种的生长及产量有不同的影响,这些影响主要体现在对玉米的农艺形状、籽粒产量、穗部形状、光合性能、干物质积累等方面。研究玉米种植密度对不同
<正>近年来,中国工商银行积极适应集团综合化、国际化、信息化发展战略的要求,不断加强内控合规管理,以三个"内控三年规划"顺利完成为标志的先进内控体系已基本确立,为全面推
信息化浪潮冲垮了何处堤坝?信息化革命革掉了谁家性命?今天的“信息时代”,究竟是工业文明鼎盛的尾巴,还是崭新文明羽化而出的征兆?我们已经跨越了信息文明的第一代人群,正在面对第
报纸
<正> 健康是人们追求不懈的目标,随着生活水平的不断提高和全民健身运动的深入开展以及医疗体制的改革,有效地促进了人们消费观念的转变,许多家庭更注重对于健康、保健的投资
目的了解云南省昆明市流动育龄妇女关于艾滋病母婴传播风险和预防的相关知识和态度、相关服务需求。方法在昆明市流动人口聚居地区,采用滚雪球和方便抽样方法,对流动育龄妇女
对《汉语动词用法词典》中收录的动词的定量考察使我们发现了一些有趣的现象,有47个通常认为不能被"没"否定的动词存在着用"没"的实际语例。这称为"‘没’的非常规搭配",它大
膀胱癌是泌尿系统常见的恶性肿瘤之一,复发率极高,可由浅表性转变成为侵润性肿瘤。传统检查治疗方法有很多缺点,不能完全满足临床需求,随着分子生物学技术的发展,肿瘤标记物