基于GNSS/UWB的室内外连续定位方法

全球卫星导航系统(GNSS)与超宽带(UWB)等定位系统在室内外复杂环境下作用范围有限,并且单一定位源均无法获得从室外到室内连续可靠的定位结果等问题,针对北斗卫星导航系统(BDS)+GPS/UWB松组合定位方法展开研究,设计了室内外动态定位实验与过渡区域静态定位实验,利用扩展卡尔曼滤波器(EKF)对定位误差状态进行最优估计,并对BDS+GPS组合、UWB以及BDS+GPS/UWB松组合三种定位模式进行分析评价. 实验结果表明:在室内外的过渡区域,BDS+GPS/UWB松组合改善了GNSS-实时动态定位(RTK)的定位精度,扩展了GNSS-RTK的作用范围;BDS+GPS/UWB松组合相比于各单一定位源在一定程度上提高了系统从室外到室内定位的连续性与定位结果的可用性.      

Helmert方差分量估计在GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合精密单点定位权比确定中的应用CSCD

多星座组合定位可以提升导航定位性能,但不同星座观测量组合时需要考虑合适的随机模型.传统方法是根据经验直接设定各系统的等价权重,但会导致随机模型确定不精确,从而影响组合系统的性能提升.将Helmert方差分量估计方法应用于GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合精密单点定位(PPP)中,以自适应确定各系统间权比.采用国际GNSS服务(IGS)MGEX(Multi-GNSS Experiment)观测网的10个测站一周的观测数据进行静态和仿动态试验.结果表明:采用Helmert方差分量估计定权方法可显著提高GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合PPP的收敛速度,与等权定权方案比较,静态模式下平均提高52%,仿动态模式下平均提高64%.因定位精度主要由载波相位观测值精度和误差修正水平决定,在静态和仿动态测试中Helmert方差分量估计方法对定位精度没有明显改善.     

北斗区域导航定位精度分析

采用全球均匀分布MGEX站的观测数据,详细分析了北斗卫星导航系统(BDS)的卫星可见性、PDOP值分布,以及伪距单点定位精度,并将其结果与GPS和BDS+GPS组合系统进行了比较分析,讨论了不同定权方法对BDS+GPS组合系统定位精度的影响。试验结果表明,在全球大部分地区,GPS的定位性能优于北斗系统,在亚太中低纬度地区,BDS的定位精度与GPS相当甚至超过GPS;BDS+GPS组合系统的定位精度通常优于单一系统,但随机模型不准确也可能导致组合系统的定位精度不如单系统;Helmert方差分量估计可以在一定程度上提高组合定位精度。     

基于方差分量估计的不同截止高度角下的组合单点定位

BDS/GPS/GLONASS组合系统定位时,由于系统间卫星测距精度的差异性,需要合理确定卫星间权比,Helmert方差分量估计常被用于确定不同类观测值间权比;而当观测值含有粗差时,Helmert方差分量估计定位结果容易被粗差污染或收敛失真,出现大的偏差。文中基于Helmert方差分量估计,引入等价权因子IGGIII函数,建立抗差Helmert方差分量估计权函数模型,对比分析其在低截止高度角10°、15°和20°下,在BDS/GPS/GLONASS组合系统定位中的应用及定位精度,并讨论分析在高截止高度角30°和40°下,组合系统和单系统BDS的定位精度。实验结果表明:当观测值无明显粗差时,Helmert方差分量估计和抗差分量估计的定位精度相当,略低于高度角权函数的定位结果,点位精度RMS优于2.5m;含粗差时,抗差解定位精度最高;当截止高度角为30°时,BDS单系统定位精度RMS优于5m,而组合系统RMS接近3m;为40°时,组合系统平面精度RMS优于2m,三维精度RMS优于6m,而单系统不能定位。     

北斗/超宽带组合定位的室内外过渡区无缝链接方法

室内外无缝导航定位是万物互联之基石,具有广阔的市场前景和应用价值. 但目前对于室内外过渡区的无缝组合导航技术,仍存在诸多棘手问题亟待解决. 对此,从三个方面对BDS/UWB组合定位的室内外无缝链接方法进行了改进:一是提出了一种基于内引法和外引法的室内信标绝对定位方法,以解决室内外定位结果的坐标基准统一问题;二是提出了一种基于位置精度因子(PDOP)平稳变化的室内信标优化布局方案,以提高过渡区域的导航定位精度与信标可用性;三是提出引入自适应权重因子,来解决BDS/UWB组合定位的观测值合理定权问题. 通过具体实验验证:1) 利用基于内引法和外引法的室内信标绝对定位方法,可实现室内外坐标基准的统一,显著提高了用户使用的便捷性;2) 采用所提信标优化布局方案,可有效提高过渡区定位精度,相比无超宽带(UWB)信标,BDS/UWB组合定位的平均定位精度至少提高 355%;3) 自适应权重因子可实时调节不同时间、不同类型观测值的权比,增强了观测信息利用效率,相比北斗卫星导航系统(BDS)空旷区域,定位精度可至少提高22.5%.      

GPS／GLoNASS组合定位的抗差Helmert方差分量估计模型

GPS和GLONASS存在系统差异,组合定位时,采用Helmert方差分量估计可得到更加准确的结果。但GNSS观测值常受到衍射信号和多路径效应的影响,使观测值存有粗差,从而导致Helmert方差分量估计的失真。为此,将抗差Helmert方差分量估计应用于GPS／GLONASS组合单点定位,实验结果表明：抗差Helmert方差分量估计可以有效地抑制组合系统粗差观测值的影响。     

多系统融合单点定位先验和验后定权研究

针对多模全球卫星导航系统(GNSS)融合伪距单点定位随机模型难以精确构建的问题,在全球范围内选取了10个多GNSS实验跟踪网MGEX(Multi-GNSS Experiment)观测站连续7天的观测数据,将四大GNSS系统的观测值分为五类,比较了高度角模型、用户等效测距误差(UERE)模型及验后Helmert方差分量估计模型的伪距单点定位精度. 结果表明:在四系统融合伪距单点定位时,Helmert方差分量估计模型能提高定位精度,高度角模型定位精度优于UERE模型,其中基于高度角的Helmert方差分量估计模型结果最优.      

石油工程GNSS精密单点定位研究及软件研发

针对传统的GPS相对定位模式已不能满足石油工程项目快速发展的需求,如在非洲或沙漠地区,通常难以获取高精度的参考点来进行GPS相对定位,而且GPS单系统则严重依赖于其单系统的稳定性、观测值数目及质量。随着我国北斗导航定位系统(BDS)的发展,使得GNSS多系统日趋完善,使用GNSS多系统精密单点定位方法则可满足现今的石油工程要求。因此,基于目前已建成运行的GNSS多系统(BDS/GPS/GLONASS)对多系统组合的精密单点定位进行了研究,采用精确的时间系统模型,并综合了抗差Kalman滤波估计及Helmert方差分量估计的方法来增强系统的抗粗差能力及合理分配各GNSS系统的权比关系。基于该研究,自主研发了BDS/GPS/GLONASS精密单点定位软件,并采用实测数据对理论及软件进行验证。结果表明,采用BDS/GPS/GLONASS多系统能够有效提高定位结果的稳定性及精度,可为石油工程行业提供定位技术支持。     

3种GPS+BDS组合PPP模型比较与分析

无电离层组合和非组合模型是GNSS精密单点定位(PPP)常用的两种函数模型。本文通过详细分析PPP的两种函数模型各类参数间的相关特性,建立了参数独立的函数模型。对非组合PPP模型的电离层参数引入虚拟观测方程进行约束,有效提高了PPP的收敛速度。最后,从定位精度和收敛时间两方面分析不同函数模型的GPS单系统和GPS+BDS组合PPP静态、模拟动态定位效果。结果表明:GPS单系统和GPS+BDS组合PPP定位精度相当,静态的无电离层组合与非组合PPP均可达到厘米至毫米级精度,动态PPP精度的平面优于3cm,高程优于5cm;无电离层组合PPP收敛时间优于非组合的PPP,电离层加权非组合PPP的收敛时间最短。动态定位中,电离层加权模型相比于无电离层组合模型,可减少约15%的收敛时间,相比于非组合模型,可减少约34%。     

城市环境下BDS+GPS RTK+INS紧组合算法性能分析

城市环境下运动载体接收的GNSS信号会被频繁地干扰和遮挡,GNSS RTK独立工作模式难以连续且可靠地固定模糊度以满足厘米级高精度定位需求。为此,本文设计了一套基于集中式卡尔曼滤波的BDS+GPS RTK紧组合算法,给出了其动力学模型、观测模型和算法架构流程。通过城市环境下的实际车载测试,对比分析了BDS、GPS、BDS+GPS 3种模式下RTK及RTK+INS紧组合的定位性能。试验结果表明,BDS+GPS双系统大大增加了可见卫星数,提高了城市环境下GNSS动态精密定位的可用性和精度;相对于GNSS RTK,紧组合极大地提高了精密定位的可靠性和可用性。     

基于方差分量估计的GPS/GLONASS组合点定位

介绍GPS/GLONASS组合定位模型,采用Helmert方差分量估计确定GPS与GLONASS两类观测值的精度,合理确定两类观测值的权。通过GPS/GLONASS的方差分量估计实测,GPS与GLONASS伪距观测值的精度分别为±4.560 7 m与±9.928 9 m,相应的权比约为5∶1,采用此权比进行定权,能够提高定位精度。     

北斗/GPS抗差移动窗口定权位移探测

蠕变状态下Kalman定位精度通常与观测值方差有极大关系,BDS(BeiDou Navigation Satellite System)/GPS组合观测值方差易受观测值权比精确度的影响。为了提高位移探测精度、缩短初始坐标收敛时间及降低监测成本,本文采用时钟同步双天线BDS/GPS接收机,在构建单频单差组合定位模型基础上,分别对GPS和BDS观测值等价权进行抗差处理,利用引入时间相关遗忘因子的Helmert方差估计,精确确定GPS与BDS观测值权比,最后通过实时更新观测值方差,实现扩展Kalman滤波的逐历元定位。试验结果表明,针对短基线(1km),BDS/GPS抗差精密定权Kalman方法可显著缩短初始坐标收敛时间,位移探测精度可达到亚毫米级,位移收敛速率与移动窗口参数基本成反比关系,适用于具有蠕变特征形变体的监测。     

GPS/BDS组合定位对短基线模糊度搜索空间的影响

整周模糊度固定是GNSS高精度动态定位的关键问题,为研究GPS/BDS(北斗卫星导航系统)组合定位对短基线模糊度搜索效率和固定成功率的提高效果,利用基于模糊度方差-协方差阵特征值平方根的模糊度搜索空间对比方法分别对短基线条件下GPS单系统、BDS单系统和GPS/BDS组合系统下的模糊度搜索空间进行对比分析。实验数据表明:GPS/BDS组合定位对各单系统的方差-协方差阵均有影响,从整体上可以缩小GPS和BDS单系统的模糊度搜索空间。最后对模糊度固定成功率进行了统计,结果表明,在单、双频条件下组合系统均可显著提高模糊度固定成功率和搜索效率。     

GPS/BDS的RTK定位算法研究

针对附加模糊度参数的Kalman滤波函数模型和随机模型,提出了一种确定实时动态(real-time kinematic,RTK)定位中Kalman滤波参数的方法。利用该算法,采用自编的GPS/BDS RTK定位程序处理了实测的GPS/BDS短基线数据,对比和分析了GPS、BDS、GPS/BDS三种RTK定位组合模式下的定位精度水平。在短基线的情况下,GPS/BDS的RTK定位精度相对于GPS或者BDS没有明显提高,但是得到固定解所需的时间明显减少。     

GPS／BDS／GLONASS组合伪距单点定位性能测试与分析

本文以高山峡谷地区以及城市建筑群区域GNSS卫星受山体及建筑物遮挡的实际问题为出发点,通过选取不同的卫星方位角模拟不同遮挡环境,研究GPS／BDS、GPS／GLONAS和GPS／BDS／GLONASS组合系统伪距单点定位模型对于单GPS、单BDS系统在不同遮挡环境下的定位精度和三维导航可用性等方面的改善情况。结果表明,组合系统相对于单系统,增加了可见卫星数,降低了PDOP值,当观测条件不佳时,可以很好地改善定位精度和提高三维导航可用性。      

GPS／BeiDou 组合单点定位的定权与结果分析

利用Helmert方差分量估计方法为GPS/BeiDou组合单点定位不同系统观测值定权,获得了合理的权值。分析了开阔环境和遮挡环境两种情况下的动态GPS/BeiDou组合单点定位的精度。结果表明：在静态观测和动态观测中,组合单点定位与单独G PS单点定位相比精度有显著提高。     

组合GNSS系统定位数据质量与精度比较分析

本文对组合GNSS系统进行静态相对定位测量与RTK测量试验,研究结果表明:在静态相对定位测量中,BDS的数据利用率、多路径效应误差优于GPS与GLONASS,BDS的定位精度优于GLONASS略低于GPS;组合系统中GPS/BDS与GPS/BDS/GLONASS的定位精度较优,引入GLONASS对定位精度改善的作用不明显。在RTK测量中,当观测条件理想时,GPS/BDS较GPS可见卫星数目多,PDOP值低,中误差小。当观测条件较差时,GPS/BDS较GPS可见卫星数目多,PDOP平均值低,中误差小,限差内固定解获得时间减少76.1%;GPS/BDS/GLONASS较GPS/BDS在中误差、水平精度和垂直精度上更优,限差内固定解获得时间更稳定可靠。     

GPS/GLONASS单频伪距单点定位的权比分析

GPS和GLONASS存在系统差异,组合定位时,采用方差分量估计可得到更加准确的结果。由于Helmert方差分量估计算法效率较低,难以满足动态定位的需要。因此,GPS/GLONASS组合定位时要求对两类观测值先验定权。GDOP是GPS单系统定位中的精度指标。提出基于加权GDOP公式得到GPS观测数据的GDOP阈值自适应确定两类观测值的权比值,并用实测数据验证其可行性。     

改进组合差分定位算法在无人机上的应用

无人机航空摄影测量是继GNSS技术普及之后测绘科技的又一进步,为无人机搭配轻型高精度的GNSS差分模块,减少像控点的布设甚至可以直接获取地理位置成为目前的主要发展方向.文中采用U-blo x公司的多星座接收模块NEO-M8T组成一套质量轻、低成本的PPK系统,同时将BDS/GPS组合定位算法与改进的LAMBDA模糊度解算方法相结合,提高定位精度和固定解比率,最后与单一GPS定位结果和组合GPS/GLONASS定位结果进行对比分析.实验结果表明,地面静态定位精度达到cm级,机载动态定位固定解的比率及其定位精度大大提高.     

徐盐铁路NRTK定位精度研究与应用分析

基于徐盐铁路Ⅱ标段GNSS地基增强系统,通过与已知点坐标进行比较,分析了NRTK在GPS、GPS+BDS、GPS+BDS+GLONASS三种定位模式下的内外符合精度。结果表明,GPS+BDS+GLONASS多模NRTK的稳定性更高;GPS单模NRTK平面定位精度可达2.4 cm,GPS+BDS双模以及GPS+BDS+GLONASS多模NRTK平面定位精度可达2.0 cm。多模NRTK可应用于铁路施工测量中的原始地形测量、中线放样、钻孔桩与承台放样、路基工程平面位置放样等方面。