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实时精密单点定位技术是基于状态空间域改正信息的高精度定位方法,它的实现将大大提高利用GPS技术进行精密定位操作的灵活性,具有广阔的应用前景。国内外专家针对PPP开展了深入研究,可实现厘米级定位精度,但收敛速度较慢,其本质在于源自接收机和卫星的相位偏差导致PPP非差或单差模糊度不再具备整数特性,难以准确固定。因此,如何有效改正相位偏差、建立PPP模糊度快速固定策略是实现实时高精度PPP定位的关键问题。然而,目前对这方面的研究还不够系统和深入,在国内尤为如此。鉴于此,本文针对精密单点定位模糊度快速固定的关键问题作了较为系统的研究,旨在跟踪实时精密单点定位的国际前沿技术,为建立我国区域内基于模糊度固定的实时精密单点定位系统提供理论支持,主要内容及成果有以下几个方面:
研究了基于方向数据统计的偏差小数计算方法。采用类似于模糊度解算中的模糊度函数法将相位偏差的小数部分分离出来,然后基于周期性数据的性质将其在单位圆上进行表示。最后由统计假设检验验证了相位偏差小数的数学分布,表明经分离后的偏差小数更好的服从Von Mises分布,进而得到相位偏差小数的计算方法,为后续综合处理分析多站、多时段相位偏差数据来确定最终相位偏差估值提供数学支持。
提出了一种改进的单差相位偏差解算方法。通过分析相位偏差对模糊度整数特性的影响和常规PPP中无电离层组合模糊度与宽巷模糊度以及L1模糊度的线性关系,引入方向数据统计理论,提出了基于位置约束和方向数据统计的逆向相位偏差三步法估计模型。根据估计得到的宽巷和L1单差相位偏差,最终将无电离层模糊度固定的问题转化为固定宽巷和L1模糊度的问题,从而实现PPP固定解。该方法能够较好的估计出广域范围的相位偏差,经相位偏差改正后PPP模糊度固定的可信度提高了近三倍,定位精度相对于浮点解提高了一个量级。
建立了基于FAMinV和FAMaxS子集选取的不完全模糊度固定方法。针对PPP中初始阶段观测信息较少或残余误差较大而导致初始化时间较长的问题,在分析LAMBDA方法的基础上,推导了不完全模糊度固定的数学模型,然后依据模糊度浮点解精度越高越容易正确固定的思想,建立了基于FAMinV方法和FAMaxS方法的最优子集固定方法,从而在短时间内固定部分模糊度、快速获得较高精度的PPP固定解。实验结果表明FAMinV方法具有最优性,较传统方法缩短了1/4左右的初始化时间。
设计了基于模糊度固定的实时PPP原型系统的整体结构。基于本文相位偏差估计方法和不完全模糊度固定方法的研究成果,设计了基于模糊度固定的实时PPP原型系统整体结构的设计思路,提出了原型系统的工作流程。面向PPP终端用户服务需求,定义了精密轨道、钟差及相位偏差产品的电文格式并编码实现,最后对用户终端PPP软件的解算性能进行了需求分析。