非线性基线长约束条件线性化近似对模糊度解算的影响

GNSS动态相对定位中常附加非线性的基线长约束进行解算,而LAMBDA方法只能处理无约束或者线性约束的模型,为了应用LAMBDA方法,应对非线性约束条件进行线性化近似。通常附加该约束后,模糊度固定成功率会提高,但对于超短基线有时反而会降低。何种条件下附加线性化近似的基线长约束条件可以提高模糊度固定成功率尚未有定论。本文基于附加基线长约束的GNSS相对定位数学模型,推导基线长约束条件线性化近似余项对浮点解的最大影响值公式,给出基线长约束能否线性化近似的诊断条件。当该条件满足时,线性化近似余项影响可以忽略,附加线性化近似的基线长约束可以改善浮点解解算精度,提高模糊度固定成功率;若不满足,则线性化近似余项影响可能不可以忽略,附加约束会因浮点解有偏不能固定为正确的模糊度,并通过算例验证了相关结论。     

非线性约束下的超短基线模糊度搜索方法

针对超短基线的模糊度固定问题,该文提出了一种改进方法。该方法在长基线非线性约束模型的基础上,采用附加基线长度约束的模糊度搜索模型,该搜索满足基线长度的搜索函数最优解。实验结果表明,该文的算法与无基线约束模型、基线长线性约束模型的LAMBDA方法相比,模糊度成功率明显提高。     

宽巷组合及轨迹约束下的列车在轨动态单历元定位算法

动态单历元定位的一个关键问题是模糊度的正确解算。通过增加约束条件,可提高单历元解算模糊度的可靠性。当接收机沿线路中线运动时,首先根据接收机的伪距差分位置,计算出其大致里程,进而根据该里程处的线路设计数据构造轨迹约束条件。由于宽巷组合波长较长,其模糊度比较容易确定,通过附加轨迹约束条件的阻尼LAMBDA方法首先固定宽巷模糊度。在宽巷模糊度固定后,再次附加轨迹约束来确定L1、L2模糊度,实验结果表明该算法可获得很高的解算成功率。     

顾及基线先验信息的GPS模糊度快速解算

采用GPS相位观测值进行快速定位时,其解算模型严重病态,最小二乘解得的浮点模糊度精度差且相关性大,导致整周模糊度搜索空间过大,难以正确固定。本文提出一种顾及基线先验信息和模糊度线性约束的整数条件的GPS模糊度快速解算方法,先用顾及基线先验信息的正则化算法解得精度较高且相关性较小的浮点模糊度,以减小整周模糊度的搜索空间;再综合利用整周模糊度间的线性约束的整数条件和基线先验信息,进一步有效地减小模糊度搜索空间,提高搜索效率。算例表明:顾及基线先验信息的正则化算法有效地改善了模糊度浮点解,模糊度线性约束的整数条件有效地提高搜索效率和成功率。     

一种改进的北斗三频基线解算方法

针对北斗导航系统目前是唯一能够播发真正实用三频信号的优势,该文中分析了最小二乘降相关搜索(LAMBDA)法与TCAR法在北斗三频模糊度解算中各自的优缺点。根据TCAR法在中短基线中超宽巷与宽巷模糊度固定成功率较高的特点,该文中提出了一种附有模糊度约束条件的北斗三频基线解算模型。通过北斗实测数据实验分析可知,相对于传统的三频定位模型,在短基线情况下具有超宽巷与宽巷模糊度约束的北斗三频定位模型的模糊度固定成功率较高;同时在中等长度基线情况下,模糊度固定速度和坐标收敛速度也比传统模型快。     

一种改进的北斗三频基线解算方法

针对北斗导航系统目前是唯一能够播发真正实用三频信号的优势,该文中分析了最小二乘降相关搜索(LAMBDA)法与TCAR法在北斗三频模糊度解算中各自的优缺点。根据TCAR法在中短基线中超宽巷与宽巷模糊度固定成功率较高的特点,该文中提出了一种附有模糊度约束条件的北斗三频基线解算模型。通过北斗实测数据实验分析可知,相对于传统的三频定位模型,在短基线情况下具有超宽巷与宽巷模糊度约束的北斗三频定位模型的模糊度固定成功率较高;同时在中等长度基线情况下,模糊度固定速度和坐标收敛速度也比传统模型快。     

基于LAMBDA方法的模糊度解算研究

高精度GNSS定位需要解算双差模糊度值,经典最小二乘求解的模糊度一般为浮点解,浮点解丢失了模糊度的整数性,不利于提高未知参数的精度。本文讨论了LAMBDA方法的原理及其算法,对模糊度整数变换前后LAMBDA方法的执行结果进行了比较,讨论了联合去相关法和迭代法两种整数Z变换算法的基本原理,对LAMBDA整周模糊度解算方法中的两种整数Z变换算法进行了比较。结果表明LAMBDA方法模糊度效率较高,联合去相关法的处理成功率高于迭代法。     

一种改进的北斗三频基线解算方法

针对北斗导航系统目前是唯一能够播发真正实用三频信号的优势,该文中分析了最小二乘降相关搜索(LAMBDA)法与TCAR法在北斗三频模糊度解算中各自的优缺点。根据TCAR法在中短基线中超宽巷与宽巷模糊度固定成功率较高的特点,该文中提出了一种附有模糊度约束条件的北斗三频基线解算模型。通过北斗实测数据实验分析可知,相对于传统的三频定位模型,在短基线情况下具有超宽巷与宽巷模糊度约束的北斗三频定位模型的模糊度固定成功率较高;同时在中等长度基线情况下,模糊度固定速度和坐标收敛速度也比传统模型快。     

附有基线长度约束的模糊度快速解算方法

在超短基线数据处理中,基线长度可以通过钢尺精确测量,把基线长度作为约束条件,提出了一种附有基线长度约束的快速解算模糊度的搜索新方法.根据双差观测方程得出模糊度浮点解,在浮点解周围建立模糊度搜索空间,利用基线长度约束条件搜索模糊度整数解,进而快速确定基线解.通过一个算例展示该方法的效果.     

附有基线约束的LAMBDA算法整周模糊度确定

利用刚性载体上基线长度不变的特性,提高传统LAMBDA算法搜索模糊度的效率和准确度.对附有基线约束的单频LAMBDA算法进行了探讨,研究了动态定位中,利用较少历元,通过基线长度约束,提高模糊度解算成功率.     

Integer least-squares theory for the GNSS compass

Global navigation satellite system (GNSS) carrier phase integer ambiguity resolution is the key to high-precision positioning and attitude determination. In this contribution, we develop new integer least-squares (ILS) theory for the GNSS compass model, together with efficient integer search strategies. It extends current unconstrained ILS theory to the nonlinearly constrained case, an extension that is particularly suited for precise attitude determination. As opposed to current practice, our method does proper justice to the a priori given information. The nonlinear baseline constraint is fully integrated into the ambiguity objective function, thereby receiving a proper weighting in its minimization and providing guidance for the integer search. Different search strategies are developed to compute exact and approximate solutions of the nonlinear constrained ILS problem. Their applicability depends on the strength of the GNSS model and on the length of the baseline. Two of the presented search strategies, a global and a local one, are based on the use of an ellipsoidal search space. This has the advantage that standard methods can be applied. The global ellipsoidal search strategy is applicable to GNSS models of sufficient strength, while the local ellipsoidal search strategy is applicable to models for which the baseline lengths are not too small. We also develop search strategies for the most challenging case, namely when the curvature of the non-ellipsoidal ambiguity search space needs to be taken into account. Two such strategies are presented, an approximate one and a rigorous, somewhat more complex, one. The approximate one is applicable when the fixed baseline variance matrix is close to diagonal. Both methods make use of a search and shrink strategy. The rigorous solution is efficiently obtained by means of a search and shrink strategy that uses non-quadratic, but easy-to-evaluate, bounding functions of the ambiguity objective function. The theory presented is generally valid and it is not restricted to any particular GNSS or combination of GNSSs. Its general applicability also applies to the measurement scenarios (e.g. single-epoch vs. multi-epoch, or single-frequency vs. multi-frequency). In particular it is applicable to the most challenging case of unaided, single frequency, single epoch GNSS attitude determination. The success rate performance of the different methods is also illustrated.     

一种基于多频模糊度快速解算方法的BDS/GPS中长基线RTK定位模型

随着全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）进入多系统时代,空中导航卫星的可见卫星数不断增加,中国北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）已开始面向用户提供三频导航信号,这都有利于改善单历元实时动态定位（real-time kinematic,RTK）的精度和可靠性。中长基线单历元RTK通常采用电离层无关组合算法,但是该方法将观测噪声进行了放大,模糊度固定成功率随着基线长度的增加而明显降低。提出一种BDS/GPS（global positioning system）中长基线单历元多频RTK定位算法,先以较高成功率快速固定BDS的两个超宽巷模糊度,继而通过简单变换得到BDS宽巷模糊度,然后将其辅助提高GPS宽巷模糊度固定成功率,最后采用将电离层延迟误差参数化的策略以提高BDS/GPS窄巷模糊度固定成功率。结合实测数据进行验证分析,结果表明本文算法是可行的。     

New method for single epoch, single frequency land vehicle attitude determination using low-end GPS receiver

Stand-alone, unaided, single frequency, single epoch attitude determination is the most challenging case of GNSS compass processing. For land vehicle applications, the baseline approximately lies in the plane of the local geodetic horizon. This provides an important constraint that can be exploited to directly aid the ambiguity resolution process. We fully integrate the constraint into the observation equations, which are transformed orthogonally. Our method can acquire the high-quality float solution by means of a heading search strategy. The fixed solution is obtained by weighted constrained integer least squares for each possible heading. The correct solution is identified by three consecutive steps: Kolmogorov?CSmirnov test, heading verification, and global minimizer of the fixed ambiguity objective function. The analysis focuses on single frequency, single epoch land vehicle attitude determination using low-end GPS receivers with very low precision of carrier phase and code measurements. The error analysis is given for choosing a proper baseline length in practical application. Experimental results demonstrate that this scheme can improve the ambiguity success rate for very short baseline.     

一种机载GNSS高精度定位算法

提出部分模糊度固定的加权电离层模型提高大范围全球卫星导航系统(GNSS)航空定位的精度、可靠性及连续性．该方法的主要思路包括:自适应调整大气扰动等误差影响以实现短基线与长基线两类解算模式之间的灵活切换;施加虚拟电离层观测约束信息,提高基线动态定位的浮点解精度;采用部分模糊度固定方法有效挖掘若干模糊度参数的整周约束．试验表明,提出的方法可提高模糊固定效率与定位精度,克服传统方法有效观测信息利用率不足、定位精度较差、可靠性不高以及连续性较差的问题．实验结果表明,部分模糊度固定算法可在2 min内固定95％以上宽巷模糊度解算与80％以上窄巷模糊度,约20 min后可固定所有模糊度．      

基于北斗三频的BDS/GPS宽巷模糊度逐级单历元固定方法

利用北斗三频超宽巷模糊度波长较长易于固定的优势,提出一种基于北斗三频的BDS/GPS宽巷模糊度逐级单历元固定方法。首先利用载波和伪距组合固定BDS(0,-1,1)和(1,4,-5)两个超宽巷模糊度,根据固定后的超宽巷模糊度变换得到BDS宽巷模糊度(1,-1,0),然后将BDS宽巷模糊度作为约束条件与GPS宽巷观测方程联立得到GPS宽巷模糊度浮点解和其方差协方差阵,最后采用LAMBDA算法实现GPS宽巷模糊度的固定。实验结果表明,BDS超宽巷组合可实现100%固定,采用BDS约束GPS宽巷模糊度固定时ratio值均大于2,大于5的占97.8%以上,因此文中提出的方法可实现BDS/GPS双系统宽巷模糊度单历元固定,有效提升GNSS模糊度解算的时效性。     

基于多接收机模糊度关联的动态PPP快速重新收敛方法

针对由于遮挡等原因造成卫星信号中断后精密单点定位（precise point positioning,PPP）需要重新收敛的问题,提出了一种基于多接收机模糊度关联的动态PPP快速重新收敛方法。以远海地区精密定位为背景,充分利用了远海地区实践应用中经常在测量船的不同位置上架设多台接收机的基本特点,建立不同接收机的模糊度之间的关系,获取发生数据中断的接收机的先验模糊度,进而完成动态PPP的快速重新收敛。实验结果表明,附加基线长度约束的两个接收机单历元固定双差模糊度的成功率在99%以上;在单历元固定双差模糊度的情况下,无论数据中断多长时间,所提算法都可以单历元完成动态PPP的重新收敛,并且收敛后的定位精度同数据中断前的定位精度相同。     

基于部分整周模糊度固定的非差GPS精密单点定位方法

近年来,精密单点定位(PPP)模糊度固定技术不断发展,模糊度正确固定后可以提高短时间的定位精度。然而固定错误的模糊度,将引起严重的定位偏差,因此对PPP模糊度固定的成功率和可靠性进行研究很有必要。本文探讨了采用非差小数偏差(FCBs)改正的PPP模糊度固定方法;同时提出了一种分步质量控制的PPP部分模糊度固定(PAR)策略。通过欧洲CORS数据对该方法进行验证,结果表明:PPP模糊度固定可以提高小时解静态PPP定位精度。同时,采用部分模糊度固定策略,能够有效控制未收敛模糊度影响,提高用户端PPP模糊度固定成功率。     

零基线约束的参考站间模糊度固定方法研究

论文提出一种GNSS零基线约束的参考站间模糊度快速固定方法,该方法基于“一天线+双接收机”设计进行参考站间模糊度固定。首先,利用两个参考站四台接收机观测值形成四对参考站间无电离层组合双差观测值。其次,结合无电离层组合观测值模糊度和宽巷整周模糊度进行卡尔曼滤波和N1模糊度实数解计算。然后在模糊度域内进行线性变换,单历元固定零基线模糊度;利用零基线模糊度约束解算四组参考站间模糊度中的一组模糊度。最后,利用固定的模糊度还原所有原始双差整周模糊度。实验证明:与传统参考站间模糊度固定方法比,充分利用了零基线模糊度固定的约束条件进行参考站间模糊度固定,加快了模糊度收敛速度,极大地提高了模糊度固定的速度和成功率。