嵌入式实时GPS/GLONASS组合精密单点定位技术研究

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精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)是指利用高精度的GNSS卫星轨道和卫星钟差,通过单台GNSS接收机的双频载波相位观测值就可实现全球ITRF框架下任何位置的高精度定位。PPP技术集成了标准单点定位和相对定位的优点,是GNSS定位中继RTK/网络RTK技术的一次技术革命。目前,对PPP技术的研究大都基于PC机端的事后解算,或事后模拟实时的处理策略,在实时性和动态性方面难以满足实际工程应用的需求。本文基于便携式应用平台,对嵌入式实时GPS/GLONASS组合PPP技术展开研究,主要研究工作如下:确定嵌入式实时GPS/GLONASS组合PPP的函数模型及误差处理方法。重点分析几种常用的PPP函数模型的观测方程、待估参数、系统冗余度、滤波矩阵等特点,结合嵌入式处理器的主频、内存等特性,最终采用无电离层组合模型作为论文的观测模型。PPP需要严格改正定位误差及控制观测数据质量,基于此论文从卫星端、传播过程和接收机端三个方面分别介绍误差的来源,并对各项误差进行改正,通过对粗差和周跳的探测来控制观测数据的质量,使用标准Kalman滤波对位置、接收机钟差、模糊度等待估参数进行滤波估计研制基于ARM+Linux一体化嵌入式硬件平台。综合分析嵌入式实时PPP算法对运行环境的实时性、稳定性、成本等多方面的需求,采用基于ARM920T核的S3C2440A作为处理器的主控芯片。根据功能需求设计存储模块、电源模块、通信模块、卫星板卡模块等外围电路,并对Linux操作系统进行裁剪移植,以实现软硬件系统的一体化设计。开发嵌入式实时GPS/GLONASS组合PPP软件。利用嵌入式Linux系统多线程并发处理机制,研究在嵌入式平台下接收机原始观测数据和基于Ntrip协议的卫星轨道钟差改正数据的实时处理策略,实现双系统数据的实时获取、解码、时空基准统一、卫星位置计算及修复、误差的精确建模改正和Kalman滤波解算等功能为一体的嵌入式软件。嵌入式GPS/GLONASS实时数据质量分析及PPP定位结果验证。首先,利用TEQC和RTKLIB软件对嵌入式平台提供的双系统数据进行质量分析,原始数据质量较好,其数据利用率高达99%,可为实时PPP提供可靠的数据源;接着,对IGS分析中心提供的轨道钟差改正数据进行精度评定,广播星历经其修复后轨道精度点位误差约10cm,钟差精度0.25-0.4ns,基本满足PPP对轨道钟差精度的需求;最后,对嵌入式实时GPS/GLONASS组合PPP的定位结果进行分析,精度统计结果表明N/E/U方向的精度可达0.10m/0.15m/0.21m,收敛时间约为90分钟,收敛后的平面精度约18cm,高程精度约20cm,点位精度约25cm。
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