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。     

CORS系统的差分定位终端设计与实现

当前广泛使用的实时GNSS定位应用可分为两种：一种是低成本定位应用，其采用廉价的芯片和天线，广泛应用于手机、共享单车和公交车定位等方面；另一种是高精度GNSS定位应用，采用网络RTK技术并结合测量型天线和接收机，为高精度测量用户提供实时厘米级测量服务。随着物联网、5G等技术的发展，实时分米到亚米级的定位需求逐渐增多。原有的低成本GNSS定位技术无法达到这一精度要求，高精度定位的设备成本高昂，无法用于大众导航领域。因此，本文实现了一种基于CORS系统的低成本差分定位终端。该终端包括两个部分：外接设备和手机。试验表明，在接入CORS系统后，该设备水平方向的定位精度可以达到亚米级，对推进CORS系统的大范围应用具有一定的意义。     

广域瞬时厘米级精密单点定位和服务系统

精密单点定位技术（precise point positioning,PPP）虽可以提供全球厘米级定位,但是需要数十分钟实现收敛,而PPP-实时动态定位（real-time kinematic, RTK）则依赖区域参考站以提供大气延迟改正信息,限制了系统服务范围。实现了一种多频多模观测值PPP方法,仅需要卫星轨道、钟差和信号偏差即可实现全球范围内的瞬时厘米级定位,解决了PPP收敛慢、PPP-RTK服务范围有限和成本高的难题。结合现有星基增强改正数编码和播发方式,构建了一个兼容北斗PPP-B2b服务的广域瞬时厘米级服务系统,并评估了其轨道、钟差和信号偏差等增强信息精度。中国区域静态和车载动态数据验证结果表明,该系统可以95%的置信率在1 min内实现厘米级精密定位,可满足自动驾驶等领域对快速、高精度和高可信定位的需求。     

卡尔曼滤波的中长基线非差RTK算法

针对实时动态定位(RTK)中作业范围受到大气延迟误差制约的现象,该文提出了一种基于卡尔曼滤波的非差观测模型RTK算法和非差改正数的计算方法。利用扩展卡尔曼滤波函数模型,将残余的相对对流层延迟、相对电离层延迟同流动站位置参数以及单差整周模糊度作为状态向量进行卡尔曼滤波估计。非差观测模型利用参考站的非差误差改正数以单颗卫星为对象进行误差改正,流动站接收数据小,算法简单。通过GNSS实测数据对该算法进行了算法验证和结果分析,实验结果表明,对于中长基线,利用非差观测模型可实现GNSS单参考站RTK定位,并获得厘米级的定位精度。     

基于格网化高精度卫星导航定位服务方法的网络RTK精度分析

针对一种在虚拟参考站(VRS)技术基础上,进行改进的基于格网化高精度卫星导航定位服务方法,测试并分析了该方法格网划分分辨率不同对网络实时动态定位(RTK)精度的影响,在常规格网划分条件下,选取动态场景的应用数据,分析了该方法的网络RTK动态应用精度. 测试结果表明:随着格网划分距离增加,网络RTK精度随距离增加会降低. 其中,2′×2′和4′×4′格网划分模式下,定位残差序列除个别异常点外,几乎都在厘米以内,且精度统计相当,故可以选择4′×4′作为常规格网划分,满足少量相对固定的虚拟格网点观测量计算,且定位精度维持在厘米级. 常规格网划分条件下,RTK动态跑车定位水平残差序列为厘米级,高程残差序列在分米级,能够达到动态应用精度要求.      

联合多台GPS观测值计算动态定位GPS高程的改进方法

RTK(实时载波相位差分)技术的出现让GNSS在测量领域独领风骚,同时随着GPS接收机的更新换代支持多GNSS系统混合接收,联合计算,使得GNSS的应用效率和精度都有很大提高。目前,GPS RTK的动态解算精度已经达亚厘米级,能够运用在众多高精度测量及施工领域,如海底隧道沉管对接、高铁轨道测量等。但在高精度动态安装施工中,单台GPS RTK定位往往面临精度及可靠性问题。本文在海底沉箱对接GPS控制高程的施工中,就如何提高动态GPS高程精度及可靠性提出了一种利用多台GPS观测相关性的特征来计算改进控制高程精度及可靠性的方法,以达到水下设备高精度安装对接的安全可靠高效施工的目的。     

GPS/GLONASS网络RTK的算法研究与程序实现

网络RTK就是在一定区域内建立多个(一般为3个或3个以上)基准站,对该地区构成网状覆盖,并以这些基准站中的一个或多个为基准,计算和发播改正信息,对该地区内的卫星定位用户进行实时改正的定位方式,又称为多基准站RTK。与常规(即单基准站)RTK相比,该方法的主要优点为覆盖面广,定位精度高,可靠性高,可实时提供厘米级定位,如初步建成的深圳市连续运行卫星定位服务系统。本文是在GPS/GLONASS数据处理的基础上,对已有的网络RTK思想进行学习和总结,并做了进一步的、更深入、更系统的研究,主要贡献有以下几个方面: 1.提出网络RTK基准站的单历元整周模糊度     

超宽带/GNSS/SINS融合定位模型与方法研究EI北大核心CSCD

全球卫星导航系统(GNSS)与捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system,SINS)的组合可在室外环境或卫星信号短暂失锁的条件下提供连续、可靠的定位服务。但针对室内或弱GNSS信号区域,组合系统的服务受限;超宽带(ultra-wideband,UWB)系统以其可提供厘米级的理论测距精度且布设方便的优势,可为该区域提供有效的测距信息。论文以车载试验平台为依托,分别就UWB/SINS、GNSS/SINS和UWB/GNSS/SINS 3类室内外定位模型及相应的模型参数估计方法展开研究,主要研究成果如下。     

智能手机RTK定位软件实现及应用试验

随着芯片技术的发展,智能手机已成为使用最普遍的一类全球卫星导航系统(GNSS)设备,其提供位置服务的能力逐步彰显. 为探究将手机作为专业GNSS设备的可行性,利用谷歌开放Android智能终端GNSS原始观测数据这一契机,设计并实现一款手机实时动态 (RTK)定位手机应用程序(APP),并基于该APP开展高精度定位应用试验. 结果表明:在静态条件下,手机RTK定位精度约达1 dm;在行人和车载动态条件下,可达平面亚米级、高程1~2 m的精度水平,RTK定位精度远高于内置芯片解,但稳定性略差于芯片解. 使用手机模拟RTK点测量,其平面精度约达1 m,基本满足地理信息采集和调查等亚米级到米级低精度专业应用的需求.      

智能手机多频多系统实时动态的定位性能分析

随着位置服务的发展,人们对定位精度的需求不断提升. 目前智能手机定位主要依赖于全球卫星导航系统(GNSS)芯片所提供的芯片解,其精度仅为米级. 2016年,谷歌宣布允许开发者获取手机GNSS原始观测数据,为研究手机GNSS高精度定位算法提供了支持. 为探索智能手机多频多系统实时动态(RTK)的定位精度和可靠性,文中基于华为P40智能手机开展了静态和动态环境下的多频多系统RTK的定位性能分析. 结果表明:在静态环境下,智能手机多频多系统的RTK定位精度要优于芯片解,在东(E)、北(N)、天(U)三个方向的定位误差均方根(RMS)分别为0.20 m、0.39 m和0.31 m,比芯片解提高了57%、71%和75%;在动态环境下的定位精度依然能够达到分米级,相比于芯片解在E、N、U三个方向上的定位精度提高了37.84%、47.22%、53.68%.      

多星座RTK接收机

麦哲伦导航定位公司新推出一款名为ProMark500的多星座RTK接收机,这是一款双频GNSS接收机。它可同时接收GPS、GLONASS和SBAS信号,它可使陆地测量人员快速、实时地进行测量,可提供厘米级测量精度。无绳光缆流动站可提供移动性和灵活性。     

PPP-RTK模糊度快速固定算法研究

将网络RTK（NRTK）与精密单点定位（PPP）技术优势融合的PPP-RTK技术，已经成为目前精密定位研究的热点. 本文提出一种将模糊度快速固定的解决方案，优化了PPP-RTK的模糊度固定解的算法，使得模糊度估计可靠性提高. 在实验中，利用国际GNSS服务（IGS）测站的实测数据进行了PPP-RTK定位解算. 结果统计表明:利用该算法对静态数据进行定位处理，其中数据收敛时间达到厘米级需要20 min，其中在平面位置方向的定位精度优于3 cm，在高程方向上的定位精度优于5 cm.      

多系统实时精密单点定位及非差模糊度固定

正精密单点定位(precise point positioning,PPP)技术能够在全球区域获取用户在国际地球参考框架下的精确三维坐标,打破了以往只能够使用差分定位技术才能够实现高精度定位的局面,是继RTK/NRTK技术之后出现的又一次技术革命。论文旨在构建实时GNSS PPP服务系统,围绕GNSS卫星钟差估计、多系统融合PPP、卫星姿态、GPS未校准相位延迟(uncalibrated phase delays,UPD)估计、PPP模糊度固定等展开研究,为用户获取实时、高精度和高可靠性的GNSS PPP服务奠定理论和实践基础。本文的主要工作和贡献如下:     

改进的GPS/BDS的RTK定位性能分析

针对多路径误差作为短基线GNSS定位的主要误差来源,不能在传统双差模型中有效消除的问题,该文基于小波分解和重构,提出了一种对伪距和载波相位观测值中多路径误差有效提取和剔除的算法,探讨剔除后GPS/BDS双系统的RTK定位精度和可靠性。结果表明,伪距多路径误差和载波相位多路径误差量级分别为米级和厘米级,主要集中在低频滤波中,且提取后的残余随机噪声趋于稳定。此算法能较好地剔除和提取多路径误差,提高整周模糊度解算速度,达到理想的滤波效果,且通过迭代扩展的卡尔曼滤波处理后,坐标离散更小,X、Y、Z外符合精度均达到厘米级。     

利用CORS进行大范围工程项目实时变形监测

GNSS变形监测技术在公路、铁路的实时变形监测中得到了广泛的应用,由于受作业范围的限制,采用传统的手段需要大量布设参考站,无法经济有效地实现对大范围工程项目的实时变形监测。针对这一问题,本文利用网络RTK技术实现大气误差的充分削弱,实现基于CORS站网的GNSS实时变形监测应用。并通过位于广西的实际算例,证明了基于广西CORS,可以为大范围工程项目提供实时厘米级的变形监测服务。     

不同型号GNSS接收机RTK测量精度分析

接收机是全球导航卫星系统实现导航定位的终端仪器,不同型号GNSS接收机RTK测量精度与周围环境条件相关。选取4种不同型号的双频GNSS接收机,分别在良好的观测环境和特殊观测环境下,采用CORS模式进行RTK观测,并对观测数据进行粗差检验和处理,分析其测量精度及影响因素,结果表明不同型号GNSS接收机在不同环境下RTK测量精度和稳定性有所差异,不同观测环境对接收机RTK测量精度影响程度不一致,以期为工程实践中仪器的选择提供参考。     

低成本μ-blox单频多系统GNSS接收机的定位性能分析

随着大众市场对高精度定位需求增加,基于低成本小型化设备的全球卫星导航系统(GNSS)高精度定位成为研究热点之一. 本文以低成本多系统GNSS接收机μ-blox M8P型号为例,分析其观测数据质量,研究其伪距单点定位和单频载波相对定位的定位性能和特点,为低成本GNSS接收机高精度定位应用提供参考. 实验结果表明,与测量型接收机相比,μ-blox输出GNSS观测值的载噪比略小,伪距和载波相位的测量噪声较大. 静态模式下,μ-blox的单频载波相对定位(基线长度约为430 m)可以提供厘米级的定位精度;城市环境动态模式下,其单频载波相对定位可提供亚米级至米级的定位精度. 信号受限环境下,GPS／GLONASS双系统能够提供更稳定的定位结果.      

卡尔曼滤波方法的BDS/GLONASSRTK定位算法

针对单系统RTK定位精度以及稳定性不足的问题,该文提出了BDS、GLONASS双系统联合RTK定位方法,通过对双系统进行时空基准统一,基于附加模糊度参数的卡尔曼滤波函数模型双系统RTK定位算法的研究,开发了BDS/GLONASS双系统RTK定位程序,对超短基线、短基线实测数据进行计算,并且与GPS系统结果进行比对。实验结果表明,BDS、GLONASS、BDS/GLONASS这3种模式定位精度虽稍逊于GPS,但也能够达到厘米级精度,从而提供高精度的定位服务。     

北斗地基增强系统测试及精度分析

文中主要结合南宁市北斗地基增强系统示范区项目实际,对该系统在南宁地区的时间可用性、RTK定位精度(包括加密站间之后效果)、空间可用性等进行了测试。测试结果表明,南宁市北斗地基增强系统满足全天候95％覆盖南宁市厘米级RTK定位精度要求,GPS+BDS组合较单GPS、单BDS在隐蔽环境下的RTK定位时间可用性得到明显提高,参考站点的加密也有助于提高系统的时间可用性。      

北斗/GNSS实时动态差分技术的实验教学解析

北斗/GNSS实时动态差分技术(RTK)已广泛地应用于工程勘测、数字测图、施工放样等工程领域。但对于初学者,尤其是青年学生在北斗/GNSS RTK基准站设置、移动台坐标推算与坐标转换的理论理解和实践操作方面,仍然存在较多疑惑和理解偏差,导致实验教学效果不佳。鉴于此,作者根据多年一线的科研教学实践和对北斗/GNSS理论理解的基础上,结合易于理解的导线测量技术,剖析北斗/GNSS RTK技术与导线测量在基线向量/坐标增量解算方面的异同之处,诠释北斗/GNSS RTK起始坐标的获取与坐标转换参数的配置问题。最后,通过实例验证北斗/GNSS RTK技术在当前可满足cm级的测设精度要求。