北斗信号体制下三频CIR法模糊度解算方法研究

未来的GNSS系统将广泛使用三个频点的载波信号，极大地推动了利用载波对用户位置和速度等信息进行高精度解算方法的研究。利用载波进行高精度解算的关键是高成功率的确定载波相位整周模糊度。CIR算法基于整数引导估计准则确定载波相位模糊度整数解，算法实现简单，模糊度解算成功率较高，具有很大的实际应用价值。然而目前CIR法在实际应用中主要针对GPS信号体制，在北斗信号体制下是否具有良好的性能还有待验证。本文将CIR法应用于北斗信号体制下三频载波整周模糊度的解算，利用仿真数据对算法进行验证，并将解算结果与GPS信号体制下解算结果进行对比，验证CIR法在北斗信号体制下的可行性，分析不同信号体制下CIR法的解算性能和适用范围。     

北斗系统载波相位动态差分定位方法

针对北斗系统高精度动态差分定位解算不够快速准确等问题,该文介绍北斗导航卫星系统载波相位动态差分定位方法:利用B1、B2载波相位观测值组成双差宽巷载波相位观测值,进行双差宽巷组合观测值整周模糊度的确定,然后解算双差载波相位观测值的整周模糊度,利用载波相位观测值进行动态定位解算;并通过BDS实测数据进行算法验证,证明本文解算的方法可以实现BDS高精度差分定位的整周模糊度动态解算,得到测站的厘米级差分定位结果。     

北斗三号卫星的周跳探测与修复算法

在高精度GNSS应用中,载波相位观测值中出现周跳问题直接影响到整周模糊度的解算及最终定位精度,针对北斗卫星导航系统三代卫星密集发射的现状,该文提出一种联合采用码伪距与相位伪距组合、MW组合和电离层残差组合进行北斗三号卫星双频数据周跳探测和修复的算法。该算法可以发挥单个组合优势有效进行周跳探测且能避免各自的探测盲区,联合3种组合观测量进行周跳值求解时,计算方法简单,可以直接取整得到周跳值。通过对北斗三号卫星双频实测数据的处理分析,验证了该算法能够准确地探测出所有周跳,并能够有效修复。     

北斗卫星导航系统双差网络RTK方法

针对北斗卫星导航系统常规实时动态差分(RTK)定位中,整周模糊度的快速解算和流动站位置信息的解算精度问题,该文研究了一种北斗卫星导航系统双频双差网络RTK方法,首先解算参考站网B1、B2载波相位整周模糊度,利用固定的参考站网载波相位整周模糊度计算参考站的观测误差,使用区域误差内插法计算流动站的综合误差影响,改正流动站的观测误差并进行流动站的整周模糊度解算,最后使用实测数据进行算法实验。实验结果表明,该文的方法可以利用北斗卫星导航系统双频观测数据实现网络RTK流动站的厘米级定位。     

BDS网络RTK参考站三频整周模糊度解算方法

北斗卫星导航系统是目前唯一一个全星座提供三频观测数据的卫星导航定位系统,三频观测值有助于载波相位整周模糊度的快速、准确固定。本文提出了一种BDS网络RTK参考站三频整周模糊度解算方法。首先利用B2、B3频率的观测值及严格的模糊度固定标准确定超宽巷整周模糊度,将固定的超宽巷整周模糊度与其他宽巷整周模糊度的线性关系作为约束条件,然后估计宽巷整周模糊度、相对天顶对流层延迟误差和电离层延迟误差,并搜索确定宽巷整周模糊度。利用固定的宽巷整周模糊度与三频载波相位整周模糊度的整数线性关系,将线性关系加入载波相位整周模糊度参数估计观测模型中,然后确定载波相位整周模糊度。使用实测的CORS网BDS三频观测数据进行算法验证,结果表明,该方法可正确有效地实现参考站间三频载波相位整周模糊度的快速解算。     

一种顾及电离层延迟信息的长基线北斗三频模糊度解算方法

北斗卫星导航系统播发3个频点的导航信号,有利于载波相位模糊度解算。鉴于传统的三频模糊度解算方法由于受基线距离的限制难以在中长基线情形下可靠地固定模糊度,本文提出一种适用于北斗卫星系统中长基线模糊度固定的新方法。实验结果表明,改进的新算法不受基线长度的约束,在保证超宽巷、宽巷模糊度正确固定的同时,宽巷模糊度估值误差在0.3周以内;窄巷模糊度估值误差在3周以内。相比于传统算法,新方法的改进效果较好。     

BDS参考站三频整周模糊度单历元确定方法

参考站载波相位整周模糊度的准确确定是实现BDS网络RTK定位的关键。本文研究了BDS参考站三频载波相位整周模糊度单历元确定方法。首先推导了参考站三频载波相位整周模糊度之间的多个整数线性关系,根据双频载波相位整周模糊度的整数线性关系,以及B1载波相位整周模糊度备选值,确定B1/B2和B1/B3载波相位整周模糊度的备选组合。然后利用不受误差影响的三频载波相位整周模糊度间整数线性关系,对整周模糊度备选值进行约束和确定。根据大气误差的空间相关性,采用以卫星高度角和方位角为依据的基准卫星选择方法,降低了对流层延迟误差残差对多频载波相位整周模糊度之间线性关系约束能力的影响。试验结果表明,本文方法能够实现参考站三频载波相位整周模糊度的单历元准确确定,且计算效率高,算法简单。     

北斗卫星导航系统双差动力法精密定轨及其精度分析

针对GEO卫星切向轨道分量与双差模糊度强相关的问题,对经典双差动力法进行了改进,提出联合使用载波相位和相位平滑伪距实现北斗系统精密定轨,并从理论上分析了以上处理策略的可行性及对模糊度固定的影响,然后结合北斗系统精密定轨特点,推导给出了利用QIF方法实现北斗卫星双差模糊度固定的基本原理,实测数据分析表明:联合载波相位和相位平滑伪距,既可降低相关性,又可兼顾精度,定轨效果优于经典双差动力法;利用QIF方法能够取得一定的模糊度固定效果,但受观测条件限制,北斗卫星双差模糊度固定成功率整体不高,双差模糊度固定之后对轨道的改进作用有限。     

一种基于北斗三频的改进CIR算法

北斗卫星导航系统能全星座播发3个频率的观测值,有利于载波相位模糊度的解算。本文以传统的CIR方法为基础,分析了其在短基线和长基线计算时的优点和限制。针对于电离层延迟的影响,经典的CIR难以实现长基线模糊度固定的问题,本文提出了一种附有约束条件的适用于长基线的改进CIR算法,利用北斗三频数据对算法性能进行了验证。实验表明:提出的新算法能够提高长基线宽巷模糊度的固定成功率,并且能够很大程度上缩小窄巷模糊度的搜索空间,使其估值的波动能够在4周以内。     

基于BDS三频信号的大变形提取算法研究

提出了一种利用北斗卫星导航系统（BDS）三频载波相位信号提取大变形量的单历元算法．该算法基于监测点变形前坐标,采用BDS三频信号构建的超宽巷组合利用无整周问题的数据处理策略求取变形粗略值,通过宽巷及L1原始观测值逐步精化求得精确的变形信息．采用变形监测试验平台的一组实测变形数据进行测试,验证了本文算法的可行性.      

多频载波相位组合进行单点定位

不同于双频数据的应用,多频数据的采用对单点定位有着特殊意义,可以更好地获得其模糊度的解。基于卫星导航定位系统多频载波相位线性组合理论,研究了具有特殊意义的组合观测值及其特性。在此基础上,通过多频观测值数据的数值仿真,采用新方法进行整周模糊度快速求解。编制了基于多频载波相位组合单点定位软件,通过结果的比较分析,得出有一定实际应用意义的结论。此方法算法简单,速度快,能够满足实时导航定位的需要,具有工程应用价值。     

A performance comparison of single and dual frequency GPS ambiguity resolution strategies

The impact of observation selection, observation combination and model parameterization on GPS carrier phase ambiguity resolution and position accuracy under operational conditions is investigated. The impact of an ionospheric bias for a generic linear combination of L1 and L2 measurements is assessed and the results are used to clearly outline the desirable characteristics for improving ambiguity resolution versus positioning accuracy performance. Ambiguity resolution performance and position accuracy are shown for widelane (WL), L1-only, and ionospheric-free (IF) combinations. Several techniques for dealing with the ionospheric bias are also presented and compared, including stochastic ionospheric modelling. Multiple carrier phase combination solutions estimated in the same filter are also compared. The concept of an optimal processing strategy—in terms of both reliable ambiguity resolution and high accuracy positions—is presented. In total, eight strategies, which vary in observables and parameters, are tested on several datasets ranging from 13 km to 43 km.     

Galileo/GPS组合观测值模糊度解算方法研究

Galileo和GPS的多个频率可形成有良好特性的组合观测值,利用这些组合观测值可以直接解算载波相位模糊度。本文选用不同波长的Galileo/GPS多频组合观测值,按不同组合方式分步固定整周模糊度,并计算出每步模糊度解算的成功率。本文研究表明,选用合理的观测值组合方式,Galileo/GPS组合观测值模糊度解算方法能以较高的成功率固定组合观测值模糊度及基本载波模糊度。     

中长基线的BDS三频线性组合观测量优化

基于几何无关（geometry-free,GF）和电离层无关（ionosphere-free,IF）的三频原始载波线性组合观测量,由于消除了一阶电离层延迟项以及同卫星与测站间几何距离相关误差项的影响,可有效应用于中长基线模糊度解算。对适用于北斗卫星导航系统（BDS）中长基线模糊度解算的GF和IF线性组合观测量进行了研究和优化,通过对载波观测量与伪距观测量组合,得到噪声最小且基于GF和IF的宽巷组合观测量,然后将模糊度得到固定的两个载波组合观测量与原始载波观测量进行最优线性组合,得到具有最低噪声的基于GF和IF的窄巷组合观测量。该方法充分利用了所有载波及伪距观测量信息,并根据其噪声水平进行了加权优化,公式推导具有普遍性和代表性。通过三频实测基线数据进行了论证分析。结果表明,经过一段时间的平滑之后,宽巷和窄巷模糊度浮点解的偏差能收敛到0.5周以内,从而实现模糊度的快速准确固定。     

GPS短基线整周模糊度的直接解法

提出了在位移值较大的情况下(0.7 m),通过多种载波相位组合,解算短基线GPS整周模糊度的方法。导出了在解算过程中保证L1和L2载波的整周模糊度N1和N2为整数的条件,从而将DC(direct calcu-lation)算法[1]不仅推广到大变形的情况,而且推广到短基线GPS整周模糊度的解算,解决了快速准确解算短基线GPS整周模糊度的问题。     

改进CIR算法在BDS长基线模糊度解算中的应用

长基线条件下，测站间空间相关性弱，电离层、对流层延迟经过双差并不能很好地消除，致使CIR方法在长基线条件下解算模糊度成功率较低。本文通过BDS三频组合选择长波长、弱电离层组合改进宽巷组合系数，选取（-1，-5，6）代替传统的宽巷组合（0，-1，1），选择弱电离层几何相位组合（4，-5，2）代替传统的窄巷组合（0，0，1），并通过将多频点的伪距观测值和确定了模糊度的宽巷相位观测值线性组合消除电离层延迟一阶项。通过实测数据分析，本文提出的算法能够有效解算超宽巷、宽巷模糊度，提高模糊度解算成功率。     

基于北斗三频的短基线单历元模糊度固定

采用三频观测值能组成更多波长更长、噪声较小的观测值;通过依次固定超宽巷、宽巷、窄巷模糊度,可以实现模糊度的快速固定。目前以TCAR、CIR为代表的方法均是基于无几何模型的方法,通过伪距直接求解相位模糊度;由于不同卫星模糊度各自单独求解,没有综合利用所有卫星的观测值信息。基于有几何模型,使用LAMBDA方法进行逐级模糊度固定,依次固定超宽巷、两个宽巷、两个无电离层组合窄巷模糊度,最后使用模糊度固定的两个无电离层组合进行最终基线解算。北斗实测数据验证表明,针对10km的短基线数据,采用本文方法可以实现100%的单历元模糊度固定的成功率。     

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。