GNSS立体网格RTK服务及智能手机定位算法研究

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国家和各省级GNSS基准站网相继建成,成为地理信息空间的重要基础设施,基于虚拟参考站(Virtual Reference Station,VRS)的网络RTK技术得到了广泛的应用。VRS技术作为各省较为普遍的定位方法,其用户和虚拟参考站1:1的定制化服务模式,存在无法规模化用户的问题。同时,基准站与流动站大高差环境下大气延迟误差导致VRS观测值误差过大,影响用户RTK定位精度。针对以上问题,提出一种顾及地形信息的GNSS立体网格RTK服务方法。新一代智能手机搭载了GNSS定位芯片,可通过Android开放接口获取原始观测值,使得研究手机导航定位算法成为可能。手机定位精度无法满足用户日常生活的需要,面向高精度导航定位的迫切需求,提出了Android智能手机Smooth RTK动态定位算法。本文围绕服务端算法和手机终端算法展开相关研究:(1)介绍了GNSS网络RTK定位基本原理。包括:站星间双差观测方程及线性化,多频观测值线性组合方式,周跳检测与修复方法,观测值误差项及处理思路。(2)针对服务端算法,提出了GNSS立体网格RTK服务方法。对传统VRS服务模式改进,采用N:1的大众化增强定位服务模式。研究了立体网格的划分依据、生成方法和误差特性,在不损失用户定位精度的前提下,确定最优立体网格分辨率为4′×4′,能够有效解决传统VRS无法规模化用户的问题,向用户提供实时厘米级增强定位服务。(3)针对立体网格点虚拟基准站与基准站之间高程差异问题,提出顾及高程方向的三维线性内插算法,内插后电离层和对流层残差较小。针对立体网格点虚拟基准站与流动站高程差异,利用立体网格建模算法进行优化。两种算法相结合能够有效解决基准站与流动站高程差异导致RTK定位精度降低的问题。(4)针对手机终端定位需求,提出了Android智能手机Smooth RTK动态定位算法。对MI 8和HUAWEI P40手机原始观测值质量进行分析,给出数据预处理策略,并使用了符合手机观测值特性的随机模型和GNSS函数模型。与未处理RTK方案对比,仿动态实验表明:MI 8终端Smooth RTK平面定位精度实时分米级,高程定位精度米级以内;HUAWEI P40终端,Smooth RTK平面定位精度实时亚米级,高程定位精度稍差。小推车动态实验表明:MI 8终端Smooth RTK平面定位精度为实时分米级;HUAWEI P40终端Smooth RTK平面定位精度为实时亚米级,轨迹存在整体偏离现象。车载动态实验表明:MI 8终端可以为用户提供实时分米级导航定位服务;HUAWEI P40终端轨迹平滑且无定位粗差,但轨迹与接收机参考轨迹存在整体偏离现象。仿动态和动态实验验证了Smooth RTK算法的可靠性和优越性,可以显著提高手机动态定位精度。(5)开发了服务端TGRTK软件和终端CASM-RTK定位软件。手机立体网格RTK实验表明:MI 8和HUAWEI P40终端GPS+BDS融合系统Smooth RTK可实现实时分米级定位,解决了手机规模化用户和导航定位的需求。该论文有图94幅,表27个,参考文献61篇。
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