多模GNSS精密单点定位理论研究与软件研发

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GNSS精密单点定位技术仅使用单台接收机便可以获取高精度测站坐标,具有作业机动灵活、成本低廉、不受距离限制等优点。随着GNSS的发展,导航卫星的星座和可用卫星频率波段越来越丰富,使得多模GNSS PPP可用的卫星观测量更多、卫星几何结构更强,从而有效缩短了多系统PPP的收敛时间、提高了 PPP定位的准确性和可靠性。相对于单GPS PPP,多模GNSS PPP也带来了更多理论和应用问题,例如:如何更好地利用多模GNSS实现PPP-AR是当前急需解决的问题;卫星钟差估计在精密单点定位中具有重要的作用,如何有效地选取全球跟踪站估计卫星钟差和合理的评定钟差产品的质量是实现PPP高精度定位的前提;当前PPP商用软件昂贵且开源软件较少,给研究者带来了一定的困难。本文围绕“多模GNSS定位”、“模糊度固定”、“钟差估计”和“软件开发”等几个方面进行研究,具体研究内容如下:(1)系统地研究了 GNSS PPP定位理论,重点包括不同时空基准及其相互转换、硬件偏差、信号传播过程中存在的误差、以及相位偏差对PPP整周模糊度的影响。此外,研究了多模GNSS PPP的数学模型和随机模型、卡尔曼滤波参数估计和粗差、周跳以及接收机钟跳的探测和修复方法。(2)深入研究了整数钟模糊度固定算法。并采用逐级模糊度固定模型,选择CNES分析中心的FCB产品实现了 PPP模糊度固定。通过实验分析GPS和Galileo以及GPS/GAL组合PPP固定解。结果表明:PPP固定后,固定解在E、N、U方向的精度分别达到1.23cm、1.71cm和1.98cm,相对于浮点解提高了 49.33%、2.82%、38.55%;单系统的历元固定率可以达到80%以上,GPS/GAL组合系统的历元固定率均提升到90%以上。PPP组合系统的历元固定率和收敛精度均高于单系统。(3)研究了接收机钟性能及其对卫星钟差估计的影响。在兼顾接收机钟性能的基础上,采用球面Delaunay三角网对全球跟踪站优选,从而进行卫星钟差的估计。将自估钟差与现有分析中心钟差产品进行对比,结果表明自估钟差的精度均优于0.1ns。通过PPP实验进一步证实了球面Delaunay三角网全球选点算法以及卫星钟差估计算法的正确性和估计钟差的精度。(4)在深入学习市场上已有开源软件的基础上,设计开发了 PPP软件,详细介绍了PPP软件的设计方法和功能。为了进一步验证所研发软件的可靠性,分别进行了 PPP静态实验、PPP仿动态实验和PPP动态实验。经过实验测试,在静态实验中可以达到厘米级定位精度,在仿动态精度和动态精度分别可达5cm和0.5m。
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