GPS/GLONASS载波相位测量模糊度解算方法

GPS/GLONASS组合载波相位测量,在快速静态和动态定位等方面的应用具有一定的优势.由于GLONASS采用频分多址的方式识别卫星,每颗卫星的载波频率各不相同,所以在载波测量数据处理中不能采用与GPS载波相位测量数据处理相同的方法.文中就GLONASS、GPS/GLONASS组合载波相位测量整周模糊度解算的基本思路和方法进行了介绍.     

GPS/GLONASS组合测量误差简介

GLONASS与GPS导航定位技术原理相似，GPS／GLONASS组合测量由于可见卫星数目的增加，可以提高测量的精度、可靠性、完备性。着重介绍了GPS／GLONASS组合测量中的主要误差源及其性质并给出相应的影响量级。     

顾及频率间偏差的GPS/GLONASS卫星钟差实时估计

GPS/GLONASS卫星钟差联合估计过程中，由于GLONASS系统采用频分多址技术区分卫星信号，因而会产生频率间偏差（IFB）^[1]。本文在GPS/GLONASS卫星定轨过程中的IFB参数特性分析的基础上，引入IFB参数，实现顾及频率间偏差的GPS/GLONASS卫星钟差实时估计。同时，为解决实时估计中待估参数过多导致的实时性较弱等问题，基于非差伪距观测值和历元间差分相位观测值改进实时估计数学模型，实现多系统卫星钟差的联合快速估计。结果表明：GPS/GLONASS联合估计时需引入IFB参数并优化其估计策略，采用MGEX和iGMAS跟踪站的实测数据进行实时钟差解算，快速估计方法可实现1.6 s逐历元快速、高精度估计，与GBM提供的最终精密卫星钟差相比，GPS卫星钟差实时精度约为0.210 ns，GLONASS卫星约为0.298 ns。     

抗差方差分量估计在GPS/GLONASS组合导航中的应用

运用GPS/GLONASS组合导航时,由于卫星系统的测距精度不同,需要在组合解算中采用方差分量估计进行合理定权和平差计算。但是,当GPS和GLONASS观测值中含有粗差时,若采用最小二乘方差分量估计则无法抵抗粗差的影响,从而降低平差结果的精度和可靠性。为了提高GPS/GLONASS组合解算的抗差性,本文引入了基于IGGⅢ等价权函数的抗差估计方法,经过对GPS/GLONASS实测数据的计算和分析,证明这是一种可行的和有效的方法。     

BDS/GPS/GLONASS组合单历元姿态测量性能对比分析

相比于单一卫星导航系统,多卫星导航系统组合具有显著增加可用卫星数目、改善卫星空间几何结构等优点,因而多卫星导航系统组合应用成为近年来关注的热点。在复杂观测条件下,利用BDS/GPS/GLONASS组合进行载体姿态测量具有单系统无法比拟的优势。首先阐述了BDS/GPS/GLONASS组合超短基线解算的双差模型以及姿态测量基本原理;然后分析了BDS/GPS/GLONASS组合多频单历元姿态测量性能。通过实测静态数据设置不同高度截止角进行分析表明:相比于单系统及双系统组合的姿态测量,BDS/GPS/GLONASS组合能够有效地提高姿态测量的精度、稳定性和可用性。当运动载体处于高楼、峡谷等受遮挡严重的复杂环境时,BDS/GPS/GLONASS组合单历元姿态测量更具有应用价值。     

组合精密单点定位在航空动态测量中的应用

本文利用实际飞行的航空动态数据,以传统差分GPS解算结果作为参考,分析了GPS/GLONASS组合精密单点定位在航空动态测量中的应用。试验结果表明,当GPS观测卫星数较多(大于6颗)时,GPS/GLONASS组合对提高定位精度不明显,但可提高定位的可靠性,获得较小的PDOP值;当GPS观测卫星数少于4颗时,采用GPS/GLONASS组合系统仍可获得厘米级的定位结果,保证了动态测量的连续性。     

GLONASS偏差校正补偿算法模型的构建与应用

针对GNSS多模接收机的应用,分析了GLONASS卫星信号接入GNSS系统中会产生群时延变化等相关问题。通过对GLONASS系统可能产生的半周模糊度、0.25周模糊度、硬件偏差等相关问题的分析研究,探讨了RTK应用中的GLONASS伪距与载波相位偏差的6种有效解决方法。此方法包括了有效实时伪距与载波相位偏差校正补偿等。这些算法能够改进GPS+GLONASS+多模复用系统流动站接收机,使其在第三方基准站或网络系统的所有RTK应用中获得经过偏差改正的高精度的多星系统流动站接收机的性能。同时还提出了在站(或网络)接收机与流动站设备分属不同厂商产品的情况下,多模接收机系统伪距或载波相位测量过程中的差分偏差修正方法,进而提高GNSS系统的导航定位性能、作业效率和提高定位精度。     

遮挡环境下GPS／GLONASS／Galileo组合PPP性能分析

对于城市遮挡环境下单GPS系统精密单点定位(PPP)性能较差的问题,本文采用多系统融合来改善PPP性能,通过不同卫星高度角,将城市四周环境分为正常环境、一般遮挡、较重遮挡等三种环境.分别采用GPS、GPS／GLONASS、GPS／Galileo、GPS／GLONASS／Galileo不同的模式,对香港4个连续运行参考站进行遮挡环境下的静态PPP模拟实验,结果表明:多系统组合能够有效弥补城市四周遮挡环境下卫星的不足,并且GPS／GLONASS、GPS／Galileo、GPS／GLONASS／Galileo组合相对单GPS系统下的PPP性能有着不同程度的改善.      

三星跟踪系统芯片接收机

台湾拓普康（Topcon）定位系统公司新近推出一款名为Paradigm G3 GPS芯片接收机，这种接收机可对GPS、GLONASS和Galileo卫星进行全球信号跟踪，它可接收GPS L1，L2和L5载波频率、C／A码和L2C民用码以及L1和L2频率的P码，它还可以接收GLONASS的L1及L2载波频率、L1及L2C／A码和P码，以及Galileo系统的L1、E1、E2、E5和E6信号。这种芯片接收机具有72个跟踪通道，以低功耗工作。它可用于测绘、建筑测量、商用测绘、民用工程测量、精准农业机械控制、陆基建筑物、摄影测绘和水文测量等工作。     

星载GPS载波相位测量的周跳探测方法研究

提出了一种基于粗差探测理论的星载GPS载波相位数据周跳的探测方法。并编制了相关软件对CHAMP星载GPS测量数据进行了验算。结果表明，当跟踪的有效GPS卫星多于5颗时。能够探测出所有的周跳。     

An enhanced calibration method of GLONASS inter-channel bias for GNSS RTK

A user of heterogeneous GPS and GLONASS receiver pairs in differential positioning mode will experience ambiguity fixing challenges due to the presence of inter-channel biases. These biases cannot be canceled by differencing GLONASS observations, whether pseudorange or carrier phase. Fortunately, pre-calibration of GLONASS pseudorange and carrier phase observations can make ambiguity fixing for GPS/GLONASS positioning much easier. We propose an effective algorithm that transforms an RTK (real-time kinematic) solution in a mixed receiver baseline from a float to a fixed ambiguity solution. Carrier phase and code inter-channel biases are estimated from a zero baseline. Then, GLONASS both carrier phase and code observations are corrected accordingly. The results show that a mixed baseline can be transformed from a float (~100 %) to a fixed (more than 92 %) solution.     

基于车载移动测量的GNSS定位方法

针对车载移动测量需要高频高精度的动态差分定位解算的问题,文中介绍利用GPS、北斗、GLONASS三个卫星导航系统进行载波相位动态差分的解算方法。首先利用双频观测值组成双差宽巷观测方程,利用M-W组合求出较高精度的宽巷模糊度浮点解,然后对宽巷模糊度进行搜索固定;接着对载波双差的基础模糊度进行搜索固定;最后将固定的模糊度代入载波相位双差观测方程,利用最小二乘求解测站坐标。文中使用该方法对车载GNSS实测数据进行解算,最终可得到厘米级别的定位结果。     

Performance analysis of integrated GPS/GLONASS carrier phase-based positioning

Due to the different signal frequencies for the GLONASS satellites, the commonly-used double-differencing procedure for carrier phase data processing can not be implemented in its straightforward form, as in the case of GPS. In this paper a novel data processing strategy, involving a three-step procedure, for integrated GPS/GLONASS positioning is proposed. The first is pseudo-range-based positioning, that uses double-differenced (DD) GPS pseudo-range and single-differenced (SD) GLONASS pseudo-range measurements to derive the initial position and receiver clock bias. The second is forming DD measurements (expressed in cycles) in order to estimate the ambiguities, by using the receiver clock bias estimated in the above step. The third is to form DD measurements (expressed in metric units) with the unknown SD integer ambiguity for the GLONASS reference satellite as the only parameter (which is constant before a cycle slip occurs for this satellite). A real-time stochastic model estimated by residual series over previous epochs is proposed for integrated GPS/GLONASS carrier phase and pseudo-range data processing. Other associated issues, such as cycle slip detection, validation criteria and adaptive procedure(s) for ambiguity resolution, is also discussed. The performance of this data processing strategy will be demonstrated through case study examples of rapid static positioning and kinematic positioning. From four experiments carried out to date, the results indicate that rapid static positioning requires 1 minute of single frequency GPS/GLONASS data for 100% positioning success rate. The single epoch positioning solution for kinematic positioning can achieve 94.6% success rate over short baselines (<6 km).     

PERFORMANCE ANALYSIS OF INTEGRATED GPS/GLONASS CARRIER PHASE-BASED POSITIONING

1　ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＲｅａｌ＿ｔｉｍｅｋｉｎｅｍａｔｉｃＧＰＳｐｒｅｃｉｓｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｈａｓｂｅｅｎｐｌａｙｉｎｇａｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｒｏｌｅｉｎｂｏｔｈｓｕｒｖｅｙｉｎｇａｎｄｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ,ａｎｄｈａｓｂｅｃｏｍｅａｎｅｓｓｅｎｔｉａｌｔｏｏｌｆｏｒｐｒｅｃｉｓｅｒｅｌａｔｉｖｅｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ .Ｈｏｗｅｖｅｒ,ｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｃｏｒｒｅｃｔａｍｂｉｇｕｉｔｙｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｄｅｐｅｎｄｓｏｎｏｂｓｅｒｖａ ｔｉｏｎｓｕｐｏｎａｌａｒｇｅｎｕｍｂｅ…     

GPS/BDS/GLONASS双频RTK定位算法研究

针对GLONASS采用频分多址技术导致双差观测方程中双差模糊度失去整周特性的问题，提出了一种基于站间单差模糊度分别求解的方法，并结合附加模糊度参数的卡尔曼滤波模型，实现了GPS/BDS/GLONASS组合RTK定位。通过自编RTK程序对GPS、BDS与GLONASS双频实测短基线数据进行测试，并对比分析其他RTK模式下的稳定性与定位精度。结果表明，GLONASS单频和双频定位的模糊度固定率分别为99.8%、99.7%，其定位精度与BDS、GPS相差不大。在单频或双频RTK定位中，双系统、三系统组合定位的稳定性和定位精度明显高于单系统，其中三系统组合定位的稳定性最好，精度最高。随着频率增加，初始化时间明显减少，为实现单历元获得固定解提供了可能性。     

GPS／GLONASS组合定位中模糊度的处理

在对GPS／GLONASS组合定位的周跳探测和修复方法进行深入研究的基础上，论述了适合于两种数据联合解算的GPS／GLONASS模糊度迭代处理方法及相应的基于FARA方法的整周模糊度固定方法。在现有BERNESE Ver4.0GSP数据处理软件的基础上，增加及改进了其中的若干模块，从而研制出组合定位系统高精度数据处理软件，并进行了试验计算。结果表明，所开发的组合定位系统数据处理软件内、外符合精度均达到mm级，证明了这种高精度相对定位理论、方法、软件的正确性和可行性。     

Combined GPS/GLONASS data processing

To obtain the GLONASS satellite position at an epoch other than reference time,the satellite‘s equation of motion has to be integrated with broadcasting ephemerides.The iterative detecting and repairing method of cycle slips based on triple difference residuals for combined GPS/GLONASS positioning and the iterative ambiguity resolution approach suitable for combined post processing positioning are discussed systematically.Experiments show that millimter accuracy can be achieved in short baselines with a few hours‘ dual frequency or even single frequency GPS/GLONASS carrier phase observation,and the precision of dual frequency observations is distinctly higher than that of single frequency observations.     

Combined GPS/GLONASS data processing

To obtain the GLONASS satellite position at an epoch other than reference time, the satellite's equation of motion has to be integrated with broadcasting ephemerides. The iterative detecting and repairing method of cycle slips based on triple difference residuals for combined GPS/GLONASS positioning and the iterative ambiguity resolution approach suitable for combined post processing positioning are discussed systematically. Experiments show that millimeter accuracy can be achieved in short baselines with a few hours' dual frequency or even single frequency GPS/GLONASS carrier phase observations, and the precision of dual frequency observations is distinctly higher than that of single frequency observations.     

GPS/GLONASS组合静态相位相对定位算法

论文介绍了GPS/GLONASS组合静态相位相对定位模型,将GLONASS双差观测方程的模糊度参数表示成参考卫星的单差模糊度和双差模糊度参数;用误差分析法证明了单差模糊度按实参数估计不影响基线解算精度,而GLONASS双差模糊度必须按整参数进行解算;用Helmert方差分量估计确定GPS和GLONASS观测值的合理权比。实际观测数据处理结果表明：GPS/GLONASS组合定位较单一系统解算的基线精度均有提高,尤其比GLONASS单系统的解算精度有显著提高,比GPS单系统的精度也有适当提高,其中单历元基线解算精度约提高了10%,当单一系统的可用卫星数少于4颗时,GPS/GLONASS组合定位更具有应用价值。     

载波相位约束整周模糊度在短基线RTK中的应用

针对单历元RTK定位中受到卫星升起、周跳频发等外界条件干扰时,整周模糊度长时间不能固定,严重影响RTK定位实时精度的问题。文中提出一种用载波相位约束整周模糊度的方法来提高模糊度固定率、Ratio值和解算精度,并且结合GPS单系统、GPS/GLONASS双系统两组实测数据进行未加入和加入载波相位约束整周模糊度的比较实验。结果表明该方法可行。