GPS网络差分系统关键算法及星历反演研究

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以虚拟参考站(VRS)技术为代表的网络差分定位技术的兴起,使得建立参考站网络式GPS服务体系成为当前GPS技术应用发展的最新趋势。本文以“十一五”国家科技支撑计划重点项目为依托,对GPS网络差分定位的关键技术与基于区域参考站网络的卫星定轨技术进行研究,论文完成的主要工作如下:   中长基线整周模糊度的在线固定是实现网络差分技术的前提,本文给出了一种快速且易于工程实现的模糊度固定方法,即先利用宽巷纽合的长波特性确定宽巷模糊度,然后通过估计对流层延迟干湿分量,利用电离层无关组合分离出L1模糊度,并通过具体实验数据证明了该法能够在2~5分钟内快速正确固定L1模糊度。   VRS虚拟观测值的生成是实现VRS技术的关键,本文提出了虚拟观测值的两个等价条件,详细推导了虚拟观测值的计算模型并进行理论验证;通过VRS和真实基准站非差、单差及双差观测值数据的对比,证明了VRS虚拟观测值能够完全取代真实观测值进行常规RTK定位解算,且解算结果中只有模糊度存在差异。   在理论研究的基础上自主研发出基于VRS技术的网络差分系统定位解算软件EarthNet,打破了国外对网络RTK技术的垄断,使得国产化CORS系统成为可能。本文详细描述了EarthNet的功能模块设计与实现,并对系统应用于长沙、青岛和天津等城市CORS系统的服务质量进行全面的测试和评估,结果表明研发的系统能够全天候提供可靠的实时动态差分定位服务,定位精度为:平面x方向2.3cm、y方向1.2cm、高程5.5cm,平均初始化时间为11.5s,满足广域范围内cm级实时定位的精度需要。   基于区域参考站网络的多参考站几何学定轨技术使得实时星历与钟差的发布成为可能,本文阐述了多参考站几何学定轨两种方法的数学模型;通过自编软件实现相关算法并进行了详细的实验测试。结果表明:GDOP是影响几何学定轨精度的主要因素,通过加入IGS站数据可以明显提高定轨精度至米级;利用10阶曲线拟合卫星轨道及进行星历预报的精度最高,经过17.5分钟后,预报误差为lm;利用二次多项式模型预报卫星钟差的精度随着预报时间的增加而降低,采用一天的精密钟差进行短期预测精度最高,一天后预报误差为Ins。
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