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摘要:随着Galileo、BDS的建设和GPS的发展完善,多系统多频融合的趋势促进了多模GNSS接收机产业化应用.利用零基线双差法对GPS/Galileo/BDS双频观测值进行测距信号精度评估,通过24 h的观测数据分析,结果表明Galileo IOV卫星双频观测值残差值最小,测距信号精度最优,其次是BDS;Galileo与BDS系统载波相位观测精度均优于2 mm,伪距观测精度优于0.2 m,GPS系统测距信号精度相对较差.同时,通过对比Trimble NET R9、Septen-trio POLARX4及Javad TRE_G3T H_8三种不同类型接收机间观测值残差及基线坐标偏差,得出NET R9和PO-LARX4接收机内部噪声水平相当,TRE_G3TH_8稍差的结论.
摘要:模糊度正确固定是保障RTK技术高精度定位的前提,单系统情况下,低高度角卫星在城市峡谷等受遮挡区域不可见,容易限制RTK的使用范围.本文在融合BDS/GPS/Galileo三系统基础上,根据三条不同长度基线分析了10°-35°情况下基线模糊度解算情况和定位情况.研究结果发现,随着截止高度角的不断增加,模糊度解算Ratio值也随之增大,当截止高度角为35°时,三条基线三系统融合模糊度固定成功率达到97.8%以上.此外,在35°高度角情况下,多系统仍然能够实现高精度定位,而单GPS和单BDS系统都无法实现连续可靠定位.表明多系统融合定位可有效实现高截止高度角情况下的高精度,高可靠性定位,能够有效解决城市峡谷等受遮挡严重地区的定位问题.
[博士论文] 汪登辉
交通运输工程;交通测绘与信息技术 东南大学 2017(学位年度)
摘要:高精度卫星定位是精密测绘、位置服务和未来智能导航等应用不可替代的核心技术之一,是支撑国家战略需求发展的重要组成部分。长期以来,以RTK(Real-time Kinematic)和PPP(Precise Point Positioning)技术为代表的GNSS载波定位技术可提供厘米级的位置信息,有效推进了卫星导航系统在高精度位置服务等领域的广泛应用。然而,随着我国北斗系统的运行,Galileo、IRNSS等建设推进和GPS、GLONASS提升完善,卫星导航已进入多星座系统并存的崭新时代,强调定位过程的连续性、实时性和可靠性已成为高精度GNSS定位技术的创新和变革的迫切需求,发展融合RTK和PPP优势,兼容全星座全频段的GNSS数据处理方法已成为卫星导航研究领域的热点问题。针对上述需求及问题,本文基于全星座全频段地基增强系统网络,致力于实现网络RTK、PPP增强的统一地基增强系统GNSS数据处理方法,实现了从“星间站间差分组合”到“观测值域深度融合、全网状态空间误差估计”的技术转变创新,主要工作和贡献包括:
  1.发展了非差与差分等价处理理论与GNSS多频数据处理方法
  从GNSS原始观测值出发,定义了影响非差模糊度固定的各项时延偏差,建立了GNSS数据处理中的非差、差分及多频的统一数学模型表达,针对非差观测模型的秩亏问题,论证了引入基准实现待估参数去相关方法,并基于新的差分算子设计实现了非差和差分观测方程的等价变换。
  2.建立了接收机间时延偏差估计和多路径误差消除模型
  顾及模糊度的时不变特性,引入初始历元参考卫星模糊度基准,建立了站间单差滤波模型,基于零基线数据分析了不同接收机间、不同频率间、不同星座间的各项时延偏差的时域变化特性,为时延偏差的全网估计提供参数随机模型验证;基于残差结果采用小波降噪及傅里叶变换分析提取了多路径延迟值,验证了多路径延迟的时间、空间重复特性,并建立了多路径空间误差改正图实现了多径误差消除补偿,结果表明使用多路径模型可明显减弱多路径延迟对模糊度浮点偏差的影响,定位精度提升30%-45%。
  3.提出了基于非差非组合的单站大气误差提取和长基线模糊度解算方法
  提出了一种基于单站的实时非差大气估计算法,采用非差非组合模型,针对电离层延迟值建立单站电离层参数化模型,分离接收机端及卫星端硬件延迟偏差影响,并利用单、双频PPP用户验证了提取的非差大气误差精度。结果表明,分离的卫星硬件延迟产品精度大部分优于0.2ns,对于单频静态用户,30-40分钟平面定位精度可达到10cm以内;双频静态用户可以稳定保障10分钟内平面精度优于10厘米。同时,利用单站非差实数模糊度,通过加入IGS实时卫星钟差产品作为伪观测值,并增加卫星钟的随机游走和模糊度的时不变约束,验证了采用非差处理方法可达到同等甚至更优的双差模糊度固定效果,利用8条平均长度为150km的基线的基础模糊度固定进行统计,非差方法L1模糊度固定成功率为98.40%,且具有更为集中的浮点解偏差收敛效果。
  4.提出了全星座PPP-RTK整网数据处理新方法
  针对全星座全频段数据,在服务端,提出了附加ISB参数的全星座全网估计模型,建立了基于卫星钟差、星端载波偏差及非差电离层延迟的全网状态空间误差估值模型,解决了全网待估参数秩亏问题,恢复了非差模糊度的整数特性,完善了地基增强系统的服务体系。在用户端,提出了基于区域增强信息的用户端非差固定解滤波解算模型,通过弱化用户与区域基准站网的几何分布关系,实现了广域非差增强定位新模式,实验验证了各类偏差参数的时域变化特点,并基于不同精度的增强信息产品,分析了其对定位结果和模糊度精度的影响。
  5.整合上述算法研发了地基增强系统软件
  利用上述算法研究内容,开发了GNSS网络服务地基增强系统软件EarthNet V3.0,引入高级消息队列协议(AMQP)总线技术,采用多核心业务层实现软件的分布式处理,实现了基于PPP/RTK/RTD的各类增强信息统一播发。利用南京区域北斗三频测试站点数据,通过对网内22km站点和网外99.8km的流动站解算验证了区域网网解产品的可靠性。单天统计结果表明,北斗三频观测环境下附加大气约束可实现网内站点的非差单历元快速固定,动态条件下可实现平面1.76cm,高程2.22cm精度结果。对于网外站点,受限于增强产品存在一定空间相关性,需1-2分钟以实现模糊度可靠固定,各历元平均定位精度为平面9.03cm,高程9.88cm。
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CBST
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摘要:多星座数据融合处理时,由于接收机钟差和信号传播延迟的影响,导致信号发射时刻的卫星位置不能精确求定.在定位解算里,可以通过星间差分消除与光速有关的接收机钟差影响,然而与卫星径向速度有关的接收机钟差项却得不到消除.该文详细分析了多星座接收机不同钟差值的产生原因,推导了卫星径向速度对站星距的影响,提出了一种针对多星座的单基准站接收机钟差估计方法,通过统一修正各星座卫星位置,有效消除了与卫星速度有关的接收机钟差项的误差,并且适用于存在1ms时钟跳跃的接收机,实现多星座融合的高精度定位.
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北大核心 CSTPCD CSCD EI CBST
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摘要:利用三频超宽巷/宽巷模糊度波长较长从而易于固定的优势,提出了一种基于北斗三频宽巷组合的网络 RTK 单历元定位方法.数据处理中心利用基准站实时生成并播发包含双差对流层和电离层延迟改正信息的虚拟观测值;用户站利用载波、伪距组合及分步解算的 TCAR 方法基于单个卫星对、单历元可靠固定两个超宽巷或宽巷模糊度.最后利用已固定模糊度且噪声最小的宽巷观测值和内插得到的大气延迟改正进行实时动态定位解算.试验结果表明,对于本文提出的网络 RTK 单历元定位方法,用户站宽巷模糊度单历元解算准确率高于99.9%,统计的定位中误差平面为3~4 cm,高程方向约为5 cm.
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CBST
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摘要:针对IGS最终精密星历发布时延较长导致的GAMIT基线解算实时性问题,该文提出了使用快速星历IGR和超快速星历IGU进行GAMIT基线解算的方法,并通过一组基线长40km~309km不等的观测数据进行实验验证.实验结果表明对于中长基线,使用IGR或IGU星历进行GAMIT基线解算与使用IGS最终星历解算的坐标分量较差优于10-9数量级,可以满足在特定情况下要求较短时间区间(观测时间后12天内)内使用GAMIT进行高精度GPS基线解算的需求.
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北大核心 CSTPCD CSCD
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摘要:北斗卫星导航系统已实现亚太地区的覆盖,为北斗地基增强系统的发展提供了坚实的基础.本文论述具有自主知识产权的北斗兼容GPS/GLONASS的GNSS定位地基增强系统软件EarthNet2.0的系统功能及应用状况.该软件系统界面友好,商品化程度高,能兼容国内外主流终端设备及基站设施.在江苏北斗地基增强系统一期项目的实际运行中,其稳定性高,有效覆盖范围内实时定位初始化时间优于30 s,内符合精度平面方向优于1 cm,高程方向优于2 cm,外符合精度平面方向精度为2 cm,高程方向精度为4 cm.
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北大核心 CSTPCD CSCD EI CBST SA
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摘要:针对具有模型不确定性特点的火星无人机控制问题,本文基于保护映射理论提出一种飞行控制的鲁棒自适应调参数方法,通过建立控制系统未知参数与闭环系统极点间的约束关系,在飞行高度和速度变化的情况下,利用对系统极点的配置,保证火星无人机的稳定飞行要求.此外,设计过程中控制器结构固定,只需给定一个初始增益,即可实现系统的鲁棒自适应调参.仿真研究表明获取的增益能使控制作用满足火星无人机在高度和速度变化情况下的稳定飞行要求.
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA EI CBST SA
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摘要:为减弱电离层延迟对单频PPP用户定位精度和收敛时间的影响,首先对区域CORS基准站进行非组合精密单点定位,提取站点各卫星倾斜方向伪电离层延迟值及天顶对流层延迟值;然后,通过加入区域电离层多项式拟合模型约束,分离卫星和接收机硬件延迟偏差项,还原卫星倾斜方向电离层延迟真实值。最后,针对单频PPP用户,提出了一种基于电离层加权的精密单点定位方法,该方法充分利用区域站点提供的高精度电离层延迟信息,提供用户电离层穿刺点处电离层内插值,构建卡尔曼滤波器进行定位解算。利用江苏CORS进行实验验证,结果表明:网内网外单频PPP用户均可在30 min内达到10 cm以内定位精度,滤波收敛后可实现1~2 cm的平面定位结果,相比常规单频PPP定位方法提升了一个数量级。
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA EI CBST SA
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摘要:为了摆脱实测气象参数的限制,提升对流层延迟改正模型算法的普适性和效率,介绍了Saastamoinen模型、UNB3m模型、EGNOS模型3种常用的对流层延迟改正模型。在对3种模型的算法和模型参数进行介绍与分析的基础上,提出了一种综合的对流层延迟模型算法。该算法通过GPT模型估计出温度和气压参数,通过UNB3m模型估计水汽压参数,然后将计算得到的温度、气压和水汽压运用于Saastamoinen模型中以计算测站天顶对流层延迟。算法将GPT模型、UNB3m模型、Saastamoinen模型3种模型相结合,其精度与传统模型相当,但扩大了适用范围。该算法在缺少实测气象数据的情况下,能够较精确地给出对流层延迟的先验值,具有一定的实际工程意义。
摘要:基准站间的模糊度的正确解算直接影响了地基增强系统用户定位的精度和可靠性.本文基于湖南CORS,提出了一种适用于多GNSS系统的基准站间模糊度解算方法,分析比较了多星座解算对长基线模糊度解算的影响.结果表明,基于湖南CORS实测基准站数据,通过采用多系统联合解算,可在较短时间内实现模糊度可靠估计,加快长基线间模糊度收敛速度.
摘要:随着我国自主研制的北斗卫星导航系统(BDS)的逐步建成,BDS在航运测绘领域的应用研究具有重要的实用价值。本文针对常规单系统单频点信标差分定位技术在长距离定位应用方面存在的问题,依托长江航道稠林矶BDS/GPS信标台系统的研发和建设,对BDS/GPS组合的双模双频差分信标定位技术进行了研究,提出了基于双频消电离层和相位平滑伪距相结合的技术模式。并结合实测的静态和动态数据,对距离差分信标台300km 里范围内的不同基线长度进行了精度测试。实验结果表明采用双频及相位平滑模式,基于BDS/GPS双模差分信标台能够实现300km 范围内静态、动态平面均优于1m 的定位精度。
摘要:针对北斗系统在差分GNSS数据传输协议RTCM2.3中还未明确定义的问题,本文通过分析已有的GPS的RTCM电文格式,提出一种北斗电文的定义格式并用Microsoft Visual C++6.0编程实现编解码功能.实验结果表明,这种基于RTCM2.3自定义的北斗电文格式可以准确地实现从差分GNSS基准站到移动信标终端间的数据传输功能,证明了编解码方法的正确性与可靠性.
摘要:当今,人们对于车辆导航的需求越来越高,随着GNSS测量定位技术的发展,现已可以实现车辆亚米级精度定位,即达到车道级导航要求.本文就一种基于CORS的车道级导航定位终端进行了精度测试分析.综合测试结果,可得得出结论:使用北斗系统的定位结果由于覆盖卫星数较多、板卡支持较好的缘故,定位精度由于GPS系统。采用相位平滑伪距的RTD差分定位精度平面优于0.2m,高程优于0.7m(仅代表本次测试结果),可实现亚米级定位,能够满足车辆车道级导航的精度要求。
摘要:多卫星导航系统组合伪距差分定位可有效提升低成本车载单频设备精度。首先对伪距差分定位原理和数学模型进行阐述和推导,提出了一种适用于单频的窗口化相位平滑伪距定位技术。针对单卫星导航系统在遮挡等环境下观测卫星少,卫星结构不稳定的情况,在统一多系统的时空基准基础上,选取一颗共同参考星,进行伪距差分定位。使用一组实测的多卫星导航系统单频卫星数据进行实验论证,结果表明:车载多卫星导航系统相位平滑伪距平面精度优于0.2 m,高程优于0.7 m,对亚米级北斗系统高精度应用具有实际工程应用意义。
摘要:为了摆脱实测气象参数的限制,提升对流层延迟改正模型算法的普适性和效率,介绍了Saastamoinen模型、UNB3m模型、EGNOS模型3种常用的对流层延迟改正模型.在对3种模型的算法和模型参数进行介绍与分析的基础上,提出了一种综合的对流层延迟模型算法.该算法通过GPT模型估计出温度和气压参数,通过UNB3m模型估计水汽压参数,然后将计算得到的温度、气压和水汽压运用于Saastamoinen模型中以计算测站天顶对流层延迟.算法将GPT模型、UNB3m模型、Saastamoinen模型3种模型相结合,其精度与传统模型相当,但扩大了适用范围.该算法在缺少实测气象数据的情况下,能够较精确地给出对流层延迟的先验值,具有一定的实际工程意义.
摘要:为减弱电离层延迟对单频PPP用户定位精度和收敛时间的影响,首先对区域CORS基准站进行非组合精密单点定位,提取站点各卫星倾斜方向伪电离层延迟值及天顶对流层延迟值;然后,通过加入区域电离层多项式拟合模型约束,分离卫星和接收机硬件延迟偏差项,还原卫星倾斜方向电离层延迟真实值.最后,针对单频PPP用户,提出了一种基于电离层加权的精密单点定位方法,该方法充分利用区域站点提供的高精度电离层延迟信息,提供用户电离层穿刺点处电离层内插值,构建卡尔曼滤波器进行定位解算.利用江苏CORS进行实验验证,结果表明:网内网外单频PPP用户均可在30min内达到10cm以内定位精度,滤波收敛后可实现1~2cm的平面定位结果,相比常规单频PPP定位方法提升了一个数量级.
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