GPS测码伪距绝对定位的几种算法

GPS定位方程是非线性的,一般处理方法是按泰勒级数展开取至一次项进行线性化,再利用最小二乘原理求解,如果所取观测站坐标的初始值具有较大的偏差,略去二次微小量的模型误差,对解算结果将产生不能忽略的影响。本文研究分析了GPS测码伪距绝对定位的传统算法,并提出了一种通过求差法将GPS绝对定位的非线性观测方程转化成线性方程直接求解测站坐标的新算法,通过实例计算表明该方法计算简单,不需要测站的初始坐标信息,不需要求导计算和迭代计算,对于提高GPS测码伪距单点定位的解算速度和精度具有重要的意义。     

基于不同坐标参数类型的GPS单点定位研究

GPS伪距单点定位结果可表示为几种不同的坐标形式,通过数值导数的方法,分别将误差方程中的参数设为空间直角坐标、大地坐标以及高斯平面坐标,直接得出了这三种坐标形式的伪距单点定位结果,有利于提高大批量坐标转换的执行效率。另外考虑到有些测站大地高已知的情况,还讨论了定位结果为大地坐标时固定大地高和给定大地高但容许其有小量偏差的情况。     

无需初值及迭代的天文导航新算法

天文导航中经典的高度法需要给定测站的初始坐标,通过迭代计算获取测站的精确位置,且只能用于定位,而不能用于定向。从坐标转换的角度看待天文导航问题,通过引入罗德里格矩阵,提出了一种无需初值及迭代,且能够同时实现天文定位定向的导航算法。推导了新算法的所有计算公式,并给出了精度估计表达式。仿真计算结果表明,提出的方法不仅计算简便,而且实现了位置和航向的同时解算。与传统的高度法相比,新算法的定位精度提高了20%~40%。     

GPS／GLONASS／BDS多模融合伪距单点定位模型精度分析

GNSS伪距单点定位速度快且不存在整周模糊度问题,其原理简单易于编程实现,所以在进行GNSS数据处理时,经常用到该方法。本文以GPS、GLONASS、BDS多模融合为例,简单介绍多模融合存在的坐标统一、时间基准统一问题,再详细介绍多模融合伪距单点定位原理以及解算模型,基于Visual Studio2010平台,编写GPS、GLONASS、BDS多模融合的伪距单点定位及单点测速程序。结合相关算例,对该程序多系统伪距单点定位的精度以及单点测速精度进行分析。      

一种伪距单点定位的数学模型研究及程序实现

对伪距单点定位的数学模型进行了详细分析,列出详细步骤和误差方程式,包括中间涉及到的坐标转换以及一些重要技术细节,并通过编程实现计算测站点各历元单点定位的空间直角坐标XYZ以及综合各历元数据计算得到的坐标．利用若干工程实测获得的原始数据,并转换为RINEX格式,采用GPS卫星的伪距观测值和导航N文件计算得到测站点坐标,与接收机自带的程序计算的近似坐标进行坐标比较和精度分析,结果显示坐标较差在米级左右,而单点定位的精度为米级．证明该数学模型是可行的,且易于通过编程实现．      

一种基于星间单差模糊度固定的载波伪距生成方法

随着测站和卫星数量的不断增加,大规模GNSS网的数据处理面临越来越大的挑战。将载波相位观测量转化为载波伪距是提高大规模GNSS网数据处理效率的有效方法。本文提出在精密单点定位基础上进行星间单差模糊度固定生成载波伪距的方法。采用中国大陆构造环境监测网络（陆态网）观测数据进行了验证。结果表明,对于包含252个测站的观测网,采用载波伪距进行整网解的处理时间不超过20 min。剔除异常测站后,240个陆态网测站的月坐标重复精度在N、E和U方向的均值分别为0.74、0.85和2.53 mm,略优于原始数据整网解的结果。本文还探讨了采用原始数据和载波伪距进行整网解的关系,利用带约束条件的观测模型对不同方法生成的载波伪距应用于整网解的原理进行统一解释,并指出了载波伪距整网解与原始数据整网解的理论等效性。     

GPS伪距单点定位程序实现若干问题

GNSS伪距定位原理简单,方法易于实现,进行GNSS数据处理时需要经常涉及.以GPS为例,详细介绍伪距单点定位原理及解算模型,基于Visual C++平台,编写GPS伪距单点定位程序,重点给出了程序实现中的关键点和易于出错之处的详细解决思路.并结合算例计算分析,定位精度在10 m以内,满足导航定位要求,验证了问题解决的正确性和程序设计的合理性.     

多GNSS融合伪距单点定位算法及其程序实现

随着GNSS技术的发展,目前具备独立服务能力的系统包括GPS、GLONASS和BDS。针对多GNSS融合导航定位的成为近几年研究的热点这一现象,本文对基于Visual Studio 2010 C++平台编写多GNSS融合伪距单点定位程序中出现的关键点做了详细叙述,详述了多GNSS伪距单点定位模型以及部分测量误差的改正,通过实例计算验证了多系统单点定位可以改善卫星结构,提高系统在复杂环境下测量时的稳定性,从而验证了程序的正确性与可行性。     

GPS/GLONASS组合单点定位及精度分析

介绍了基于广播星历的GPS/GLONASS组合导航单点定位的数学模型,分析了组合导航的技术难点。在GPS伪距法单点定位的基础上进行组合导航定位,其中GLONASS卫星坐标运用四阶龙格—库塔(Runge-Kutta)数值积分方法求得,利用一种新的不需要进行轨道拟合的编程方法来进行计算。以IGS跟踪站提供的观测数据为例,分别采用GPS、GLO-NASS和GPS/GLONASS三种方式组合进行伪距法单点定位,同时比较分析了不同权重选择对组合定位精度的影响。     

COMPASS系统的伪距单点定位算法研究

根据COMPASS系统特点,通过对伪距单点定位原理的研究,设计了COMPASS系统伪距单点定位算法,验证了COMPASS系统伪距单点定位的可用性,可为北斗卫星导航定位系统在我国导航定位领域的推广应用和科学研究提供参考。     

一种联合载波相位观测值的GPS/BDS滤波导航算法

提出了一种基于历元间相位差分的GPS/BDS单机实时动态定位算法。该方法采用历元间载波相位差分数据准确计算出载体的位置变化量;并以此描述载体的运动状态变化,建立动态定位滤波模型的状态方程。同时以历元间载波相位差分数据与伪距数据作为主要观测值,采用扩展Kalman滤波实时估计载体的位置和钟差。采用自主编制的软件对静态与车载GPS/BDS实测数据进行处理,结果表明:采用该方法,定位结果精度优于传统的标准单点定位算法与载波相位平滑伪距算法;而且算法具有较好的稳定性,与载体的运动状态无关。     

一种GNSS/视觉观测紧组合导航定位算法研究

全球卫星导航系统(GNSS)在弱信号环境下,GNSS信号易受到遮挡或者电磁干扰,严重影响导航定位的可靠性、连续性和精度. 针对此问题,本文作者研究了一种GNSS和视觉观测紧组合导航定位方法. 首先基于相机采集图像数据,利用ORB-SLAM2开源平台求解得到视觉位置结果增量,再联合GNSS伪距观测数据采用卡尔曼滤波(KF)进行组合定位解算. 采用实测的GNSS伪距观测数据和图像数据进行测试,试验结果表明:该算法不仅能有效地提升GNSS弱信号环境下导航定位的连续性和精度,还能在卫星数少于4颗时保持持续导航定位.      

建筑塔机吊装作业GNSS精准定点放样

GNSS是塔机精准管控重要传感器之一，基于伪距的米级定位因精度低不适应智能化塔机发展要求，为提高塔机GNSS位置定位精度，本文利用一种基于GNSS载波相位观测值的精密定位方法，提出一种GNSS精准定点放样方法，应用于建筑塔机智能指挥中。设计并开发了一套基于GNSS的塔机吊装作业定点放样辅助系统（GNSS_PLS）。初步试验结果表明：GNSS_PLS系统的智能指挥精度在厘米级水平，本文算法是行之有效的。     

基于加权的伪距和历元间相位差分模型GPS单点定位方法

在星载GPS精密定轨或单点定位中,尤其单频接收机的情况下,仅利用相位观测值,由于需要解算模糊度方程通常奇异,仅利用伪距观测资料,由于伪距观测值的噪声影响使得难以实现高精度定位要求。鉴于此,本文讨论了基于加权的伪距和历元间相位差分模型的GPS单点定位方法,该方法既能改善方程奇异性,又无需考虑模糊度因素,能确保观测值的精度。本文分别探讨了伪距观测方程和历元间差分相位观测方程,并给出了联合误差模型,推导了权值的计算公式和参数解算公式,最后基于动态单点定位考虑,探讨了基于加权的伪距和历元间相位差分模型的序贯最小二乘参数解算一般表达式。     

封闭环境下限制误差发散的高精度导航定位

基于GNSS系统的导航定位设备在封闭或受阻环境下导航精度受限,为此,提升地下空间或室内定位精度,摆脱对GNSS的依赖是当前的研究热点。针对该问题,本文研究了LiDAR+IMU+DMI多源传感器导航定位技术,通过将LiDAR控制标靶数据带入卡尔曼滤波方程,计算IMU+DMI组合的误差状态向量,限制其误差发散,从而获取设备的高精度位置。该技术能使移动检测设备完全摆脱对GNSS信号的依赖,实现地下封闭空间移动测量设备精确定位,便于地下空间检测。通过在武汉某地铁试验表明,本文算法适用于地下、室内空间封闭环境中无GNSS信号的移动测量设备高精度导航定位。     

GNSS基本服务性能评估

针对现有全球卫星导航系统性能评估无规范的评估标准问题,该文提出了以统一模型和算法为评估体系的方法,较详细的评估了全球卫星导航系统公开服务信号的基本性能,主要评估了空间信号误差、广播电离层模型改正效率及伪距单点定位精度等。结果表明:空间信号误差方面,伽利略最优、GPS和北斗三号相当;广播电离层模型方面,北斗全球广播电离层模型改正效果最优,GPSK8与NeQuick模型在低中纬度改正效果相当,北斗区域电离层模型在其服务区内具有较高改正效果;定位方面,北斗、GPS和伽利略静态伪距单点定位的三维位置均方根误差优于5m,格洛纳斯优于10 m;动态伪距单点定位方面,北斗在中国境内定位精度最高;基于统一评估体系下,可以直观对比得到目前各卫星导航系统的性能差异,同时也为后续的建设提供相应的参考。     

复杂环境下智能手机RTK+PDR融合定位

针对室外复杂环境下智能手机定位精度低、抗干扰能力不足的问题,本文利用手机GNSS观测值和手机内置IMU数据,采用RTK和PDR算法融合定位,对比分析了小米8和华为Mate20X两款手机的GNSS数据质量和融合定位算法性能,以及不同观测条件下融合算法的定位精度和稳定性。试验结果表明,在良好和复杂两种观测条件下,采用RTK算法定位精度分别为1.8 m和4.6 m;采用RTK+PDR融合算法定位精度分别为1.2 m和2.6 m,在两种环境下,RTK+PDR融合算法的精度分别提高了50%和76%,即显著提高了智能手机在室外复杂环境下的定位精度。     

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).     

伪距单点定位两域联合平差解的等价性分析

针线性观测模型观测值域联合平差解和平差值域联合平差解完全等价,但实际中联合平差的观测模型多为非线性模型,参数估计时常常需要进行线性化处理,存在线性化引起的模型误差,该误差对两域平差解的等价性影响值得探讨. 以伪距单点定位(SPP)为例,论文推导了其平差值域联合平差求解公式,分析了两域联合平差不能完全等价的原因,并用实例进行了数值对比. 研究表明:在配置相同的情况下,不同全球卫星导航系统(GNSS)组合SPP的两域平差位置解在毫米量级上数值相同,就SPP应用而言,两域平差解可认为相同. 论文内容对于一些GNSS其他应用也具有一定的参考意义.      

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

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