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GPS网络RTK定位是近几年发展起来的一种高精度的GPS定位技术,它利用多个基准站构成一个基准站网,然后借助广域差分GPS和具有多个基准站的局域差分GPS中的基本原理和方法来消除或削弱各种GPS测量误差对流动站的影响,从而达到增加流动站与基准站间的距离和提高定位结果精度的目的。与常规RTK相比,该方法具有覆盖面广,定位精度高,可靠性强,可实时提供厘米级定位等优点,其应用前景广阔,是目前GPS界研究的热点。
目前在国内,常规RTK定位技术已广泛应用于施工测量中,尽管市面上有许多商用RTK定位软件,但出于商业目的只给出定位结果,而具有理论研究意义的整周模糊度及其它未知量的具体解算结果用户仍不得而知。网络RTK技术还处于理论研究和试验应用阶段,其相关的程序设计更是有待于完善。吴北平教授对GPS网络RTK的数学模型进行了较为系统的理论研究,数学模型已基本完善。然而,此时网络RTK定位还存在两个关键问题,一是基准站的综合误差计算,主要是基准站的模糊度确定问题;二是流动站的综合误差消除与定位,主要是流动站的模糊度解算问题。只要基准站间模糊度准确确定了,便可得到高精度的综合误差,并用来改正流动站相位观测值的综合误差,然后可较容易地计算出流动站的模糊度,进而得到流动站高精度的RTK定位结果。
本文在吴北平教授和高星伟博士理论研究的基础上,研究了GPS网络RTK定位的具体过程和具体算法,并详细研究了GPS网络RTK整周模糊度快速确定及其质量控制,包括网络RTK基准站单历元整周模糊度快速确定和流动站单历元整周模糊度快速确定。同时本文给出了GPS网络RTK定位中所需要用到几乎所有的公式和流程,最后用C#语言实现其算法,并通过实验检验该网络RTK的算法是否合理可行。全文共分六章:
第一章为绪论。首先介绍了网络RTK的基本原理及系统组成,然后介绍了国内外网络RTK技术的发展及研究现状,最后介绍了研究网络RTK的意义及本文研究的主要内容;
第二章为GPS卫星信号及RINEX数据格式。主要包括GPS的信号结构和RINEX文件的数据格式的特点及说明,为后面的理论研究和GPS原始数据文件的读取作好准备;
第三章为GPS卫星位置计算及单点绝对定位。本章主要给出了GPS卫星位置计算及单点绝对定位的相关公式,同时包括了卫星高度角和卫星GDOP的计算公式。这些公式和算法在几乎所有的GPS定位中都需要用到,同时也是网络RTK定位的基础部分;
第四章为GPS相对定位及网络RTK线性组合法数学模型研究。本章为网络RTK的理论研究部分,包括相对定位的基本方程以及各种差分观测值和各种观测值的线性组合,然后进一步研究了网络RTK线性组合法数学模型及其双差方程的线性化,最后给出了用线性组合法进行网络RTK定位的具体步骤。
第五章为本文的重点,重点研究了网络RTK定位中的关键问题,即网络RTK基准站和流动站整周模糊度快速确定问题。首先简单介绍了整周模糊度解算的基本原理,然后根据高星伟博士提出的理论,结合网络RTK的特点,直接利用测站坐标已知、模糊度为整数和双频整周模糊度之间的线性关系这三个条件单历元快速确定基准站的整周模糊度。进而可得到高精度的综合误差,并用来改正流动站相位观测值的综合误差,即可较容易地计算出流动站的模糊度,得到流动站高精度的RTK定位结果。
第六章为程序设计和试验验证。本章也是本文的重点,在前几章理论准备的基础上,列出了GPS网络RTK定位的相关算法和流程,并利用C#语言实现了网络RTK定位的解算及可视化输出,最后通过实验检验该网络RTK的算法是否合理以及程序设计是否可行。并给出了试验结果。
本文最后为结束语和致谢。结束语部分对本文进行的研究作出了总结,指出了研究中还存在的不足之处,并对进一步研究做出了展望。本文研究成果为:
1.本文给出了网络RTK定位的具体过程及相关流程,包括所有所必须的公式及其算法,有助于其他人对网络RTK定位过程的理解和掌握;
2.用C#编程语言编写了网络RTK定位解算的可视化软件,实现基准站和流动站的双差整周模糊度及综合误差改正项等未知量的可视化输出,为GPS网络RTK其它研究工作提供了研究基础。
3.实现了流动站网络RTK定位的高精度解算结果,与实际坐标相比达到厘米级的精度要求。进而检验了该网络RTK的算法以及程序设计是合理可行的。