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【6h】

多星座GNSS模糊度解算及非差区域增强信息生成算法研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 全球卫星导航系统

1.1.2 网络RTK技术及CORS发展现状

1.1.3 区域增强PPP发展背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 多星座融合解算算法

1.2.2 长基线模糊度解算方法

1.2.3 基于区域CORS的非差信息生成

1.3 本文研究的主要内容

第二章 GNSS多星座组合定位精度评定及分析

2.1 多星座组合定位基础

2.1.1 星座结构

2.1.2 信号特性

2.1.3 坐标系统

2.1.4 时间系统

2.2 多星座定位精度评定

2.2.1 伪距单点定位

2.2.2 伪距差分

2.2.3 载波双差

2.2.4 精度评定

2.3 载波差分病态性分析

2.4 本章小结

第三章 基于区域CORS的多星座长基线模糊度解算方法

3.1 长基线误差处理

3.1.1 对流层延迟误差

3.1.2 卫星轨道误差、潮汐改正

3.2 三步法解算长基线模糊度

3.2.1 宽巷模糊度固定

3.2.2 无电离层模糊度组合

3.2.3 模糊度固定及大气误差生成

3.3 一种顾及大气误差的长基线模糊度解算模型

3.3.1 观测组合及随机模型

3.3.2 解算方法

3.3.3 正确性检核

3.4 数据测试分析

3.5 本章小结

第四章 基于区域CORS的非差增强信息生成

4.1 基于区域CORS的精密单点定位模型

4.1.1 无电离层精密单点定位模型

4.1.2 非组合精密单点定位模型

4.1.3 两种模型方法比较

4.2 实时非差大气误差模型估计

4.2.1 非差原始数据预处理

4.2.2 区域CORS站点大气误差估计

4.2.3 电离层硬件延迟分离

4.3 基于大气误差增强的PPP定位算法

4.3.1 大气延迟内插

4.3.2 区域增强PPP定位算法

4.4 实验分析

4.4.1 非组合及无电离层PPP模型比较

4.4.2 硬件延迟精度分析

4.4.3 区域CORS的内插精度分析

4.4.4 单频PPP精度分析

4.4.5 双频PPP精度分析

4.5 本章小结

第五章 多星座GNSS地面增强服务系统设计与实现

5.1 系统结构设计

5.1.1 系统组成

5.1.2 系统设计

5.1.3 系统实现

5.1.4 系统服务

5.2 系统测试与评估

5.2.1 基准站原始数据分析

5.2.2 流动站内外符合精度测试

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要工作与结论

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的发表的论文与取得的学术成果

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摘要

连续运行卫星定位导航服务系统(CORS)能够广泛地应用于高精度测量、气象监测、地壳形变、车载导航等各行业领域,是信息化社会地球空间信息服务的重要基础设施。随着我国北斗定位系统的区域运行,建立多星座北斗地基增强网,提高多星座导航定位性能已成为卫星导航定位领域的前沿与热点。为促进多星座融合定位技术的发展及实现实现区域CORS网络下的RTK、PPP在高精度服务上的无缝连接,本文展开了以下几个方面的工作: 在统一各星座坐标框架、时间系统的基础上,对多星座融合定位进行了精度评定;讨论了多星座中载波定位法方程病态性特征,测试结果表明,采用多星座融合解算,可以有效减弱法方程病态性。 提出了一种顾及大气误差的长基线模糊度解算方法。该方法分析了传统三步法策略,采用电离层加权模型实时估计大气误差信息,仅需若干历元就可得到正确的宽巷模糊度结果,相比较常规方法可缩短50%以上收敛时间;另一方面,利用已固定的宽巷模糊度,辅以先验对流层预测模型提供伪观测方程,加快了新升起卫星在L1模糊度上的收敛速度。 采用非组合PPP模型提取非差大气误差信息及卫星接收机硬件延迟偏差。该方法利用CORS站点的高精度坐标信息,采用非差非组合方法,构件卡尔曼滤波器提取电离层延迟信息;同时,分析了卫星、接收机硬件延迟对非差大气误差提取的影响,构建区域电离层多项式模型,分离站点、卫星硬件延迟偏差。结果表明,估计得到的卫星硬件延迟偏差相比较CODE的结果小于0.2ns。 提出了一种适用于单频、双频接收机的PPP快速定位算法。该方法在非差大气误差增强的基础上,利用区域CORS生成的非差大气延迟信息,内插流动站用户非差大气延迟值,采用非组合星间差分模型,辅以先验电离层延迟信息提供伪观测方程,可有效提高单频、双频PPP定位的定位精度,加快收敛时间。结果表明,对于双频接收机,在10min收敛时间内,可达到10cm的定位结果,相比较常规无电离层组合方法可有效减少各方向的收敛波动,提高收敛速度;对于单频接收机,30min内即可达到平面10cm的定位精度,单天解可实现平面1~2cm,高程3cm的收敛结果,相比较常规UofC模型及使用GIM模型10-20cm的定位结果,提升了一个数量级。 在工程应用方面,作者基于东南大学自主研发的EarthNet V1.0的相关底层,对系统重新进行设计升级,开发了基于网络RTK技术和实时PPP技术的地基增强服务系统EarthNet V2.0,并集成测试了上述算法。利用江苏北斗一期GNSS地面增强系统平台,对系统各个方面进行了测试和评估,测试表明:该系统可有效兼容各品牌流动站设备,在江苏省北斗地基增强系统一期工程的有效覆盖范围内,GPS+BDS实时定位初始化时间优于30s;内符合精度平面方向优于1cm,高程方向优于2cm;外符合精度平面方向为2cm,高程方向为4cm。

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