GNSS伪距偏差影响及抑制技术研究

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GNSS星载发射通道的非理想特性导致信号产生失真,从而使接收机伪距观测值出现偏差。这一偏差的大小与接收机参数设置密切相关。随着卫星导航系统的快速发展与多领域应用,各种类型接收机的参数设置也存在差异。由卫星导航信号畸变和接收机参数设置差异引起的伪距偏差对导航系统的影响已不容忽视,因此研究伪距偏差有着实际的需求和意义。本文围绕伪距偏差影响和抑制技术问题展开研究,主要的工作包括:1、针对伪距偏差的来源和产生机理,分别从卫星端和接收机端对伪距偏差的模型进行了介绍,并详细分析了卫星端模型中高功率放大器和接收机端模型中滤波器对信号失真和伪距偏差的影响。然后对比介绍了两种伪距偏差的估计算法和使用条件:零基线双差法和S曲线偏差估计法。估计了IGS测站北斗各卫星的伪距偏差,这为后续导航卫星信号伪距偏差提取和抑制技术的研究打下基础。2、针对卫星端有效载荷器件的非理想特性是伪距偏差产生的根本原因这一问题,基于现有GNSS星载发射通道模型,重点分析了星载发射通道对北斗B1I、B3I和B1C信号失真和伪距测量偏差的影响。在传统基于时域波形的LMS预失真算法的基础上提出了改进的基于相关峰检测的LMS星载发射通道预失真算法,并对预失真效果进行了对比。通过分析可知,经过本文的预失真算法后,北斗B1I、B3I和B1C信号的伪距偏差分别从2.67m、0.54m和1.86m减小至0.58m、0.07m和0.62m,使伪距偏差得到了明显的抑制和改善,且该结果优于传统的基于时域波形的预失真算法。3、为了评估北斗卫星的伪距偏差特性,利用大口径天线的实测数据从卫星端和接收机端对北斗卫星的伪距偏差进行了估计。在卫星端,对北斗卫星的星载通道特性进行了估计;在接收机端,通过分析得到了相关器间隔对北斗各卫星B1I、B3I和B1C信号造成的最大伪距偏差为1.133m、0.547 m和-0.384 m;前端滤波带宽造成的最大伪距偏差为0.850 m、0.525 m和0.495 m。针对北斗各卫星存在的伪距偏差,提出了伪距偏差抑制方法。通过此方法可使北斗卫星伪距偏差减小至20cm,并给出B3I和B1C的建议设置参数。4、针对伪距观测量中存在固定的偏差值这一现象,通过理论和仿真实测分析了伪距偏差对单点定位精度的影响。对比分析了不同硬件接收机伪距偏差修正前后北斗卫星的伪距单点定位精度和接收机的相关器间隔和前端带宽优化设置前后的伪距单点定位精度。结果表明,通过修正伪距偏差值,可使接收机的三维定位精度有不同程度的改善。其中,通过优化设置接收机的相关器间隔可使B1I、B3I和B1C的三维定位精度分别提升25%、9.9%、6.2%;优化设置前端带宽可使B1I、B3I和B1C的三维定位精度分别提升11.5%、7.4%、6.7%。
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