多频多模GNSS高精度差分定位模型研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院国家授时中心) | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangwz2005
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目前,全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)包括美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗卫星导航系统(Bei Dou Navigation Satellite System,BDS)以及欧盟的Galileo。随着多模GNSS的建设推进和不断完善,各系统都将采用三个或三个以上的频率,卫星导航已经迈进了多系统多频率并存与互操作时代。利用多频多模观测数据融合,对现有精密定位技术性能的提升和保障GNSS进一步拓展应用至关重要。基于这些背景,本文围绕多频多模GNSS高精度差分定位模型展开研究,主要涉及到多系统多频率融合处理中不同系统观测值的定位偏差、不同频率观测值的定位偏差、差分系统间偏差和差分频率间偏差的处理策略,进而来提高模型的适用性、解决结果的一致性、提升定位的精度,论文的主要内容与成果如下:1.发展了一种适用于不同长度基线的RTK定位模型发展了一种适用于不同长度基线的RTK定位模型,该模型首先利用伪距观测值和相位宽巷组合观测值进行双差宽巷模糊度的计算和固定,并将双差宽巷整周模糊度固定的相位宽巷组合观测值作为测距精度较高的伪距观测值,然后利用该相位宽巷组合观测值(视为伪距观测值)和相位无电离层组合观测值进行双差载波相位整周模糊度的固定,进而实现RTK定位。结果表明:短基线情况下,高精度的宽巷相位组合观测值与载波相位无电离层观测值组合(LWLC)方法和单频伪距和载波相位组合(P1L1)方法定位精度相当,而伪距和载波相位无电离层组合(PCLC)定位结果相对较差;中、长基线情况下,LWLC方法的定位精度略优于PCLC方法,但显著优于P1L1方法。这些结论综合说明LWLC方法因采用了模糊度固定的相位观测值代替低精度的伪距观测值,在不同长度基线条件下都可以提供高精度的RTK定位结果。2.建立了不同系统观测值定位偏差、不同频率观测值定位偏差的处理模型(1)详细分析了相对定位中不同系统观测值定位偏差的特性,给出了定位偏差的作差处理方法和实时估计模型。结果表明:不同基线所求得的不同系统观测值定位偏差存在差异;相同基线不同天所求得的不同系统观测值定位偏差表现出一致性和周期性;不同系统观测值定位偏差的直接作差法和参数估计模型都可以得到与单系统一致的定位结果;直接作差法和参数估计模型得到的不同系统观测值定位偏差在连续多天相同时间段内保持一致且相对稳定。(2)详细分析了相对定位中不同频率观测值定位偏差的特性,给出了定位偏差的作差处理方法和实时估计模型。结果表明:RTK中不同频率观测值的定位结果存在mm-cm的差异;GPS L1和L2观测值的定位偏差比BDS B1和B2观测值的定位偏差小,并且更加稳定;不同频率观测值定位偏差的直接作差法和参数估计模型都可以得到与单一频率一致的定位结果;通过直接作差法和参数估计模型得到的不同频率观测值的定位偏差在连续多天相同时间段内保持一致且相对稳定。3.提出了差分系统间偏差和差分频率间偏差的处理模型(1)详细分析了差分系统间偏差(Differential Inter-System Bias,DISB)的特性,提出了差分系统间偏差的改正模型和实时估计模型。结果表明:GPS与BDS系统间差分模型中,不同频率(L1-B1、L2-B2)上伪距和相位DISB不同,但是在一个连续的观测时间段,伪距和相位DISB均保持稳定。伪距DISB序列相对平均值的波动在±1 m以内,标准差(Standard Deviation,STD)小于0.45 m;而相位DISB序列相对平均值的波动在±0.05周以内,STD小于0.01周。在接收机类型相同的基线中,伪距DISB数值较小;在接收机类型不同的基线中,伪距DISB数值可达数米量级。DISB改正模型和实时估计模型可以提高定位结果的一致性,与经典系统内差分模型的定位结果相比,定位精度可以提高约30%。(2)详细分析了差分频率间偏差(Differential Inter-Frequency Bias,DIFB)的特性,提出了差分频率间偏差的改正模型和实时估计模型。结果表明:GPS和BDS频率间差分模型中,GPS L1-L2和BDS B1-B2对应的伪距和相位的DIFB不同,但是在一个连续的观测时间段,伪距和相位DIFB相对稳定。伪距DIFB序列相对平均值的波动在±2 m以内,STD小于0.5 m;相位DISB序列相对平均值的波动在±0.1周以内,STD小于0.015周。DIFB改正模型和实时估计模型均可以提高定位结果的一致性,与经典频率内差分模型的定位结果相比,定位精度可以提高约30%。4.分析验证了BDS-3新信号的双差网络RTK和非差网络RTK定位性能基于区域参考站网接收到的BDS-3新信号的伪距和相位观测值,可以获得厘米级精度的双差大气延迟改正数。在双差网络RTK(Network Real-Time Kinematic,NRTK)模式下,使用参考站网得到的双差电离层延迟和对流层延迟改正数,对流动站附近的虚拟参考站的双差大气延迟改正数,从而生成虚拟参考站的观测值,并与流动站构成超短基线RTK定位可以实现流动站厘米级的定位;在非差网络RTK(Undifferenced Network RTK,URTK)模式下,利用用户站的近似坐标插值出来的非差改正数,对用户站非差观测值进行改正,然后采用PPP模式进行瞬时模糊度固定,亦可以实现厘米级的定位。随着BDS-3的全面建成并正式开通服务,这将有助于BDS与其它GNSS融合来实现更精确和更稳定的实时动态定位服务。
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