GNSS RTK实时自适应换站方法

在中长基线的GNSS动态相对定位中,随着基线长度的增加,参考站与流动站之间误差的相关性会下降,导致模糊度无法快速固定,定位性能下降。在多GNSS参考站条件下,可以通过自适应选择距离更近的参考站,形成更加合理的基线,以保障RTK定位的精度。为解决换站后重新初始化模糊度所带来的定位结果重新收敛问题,本文提出了一种GNSS RTK实时自适应参考站换站算法,引入原参考站与新参考站之间的双差模糊度作为辅助,从而得到准确的新参考站与流动站之间的双差模糊度先验信息,避免了换站后模糊度的重新初始化,得到了连续的高精度定位结果。该方法可适用于实时定位,能够满足大范围RTK高精度连续定位的需求。利用香港CORS站数据进行验证,结果表明,本文换站算法能够克服换站导致的定位重收敛问题,且能够保障换站前后获得连续的高精度定位结果。     

长航时长距离机载GNSS动态定位中参考卫星与参考测站的自适应更换方法

相对定位技术是目前GNSS定位中精度最高、可靠性最好的一种定位模式。但在长航时、长距离的机载GNSS动态相对定位中,经常需要更换参考卫星和参考测站。如何合理有效的更换参考卫星和参考测站,是保证长航时长距离机载GNSS相对定位稳定性、连续性和可靠性的一项关键技术。对此本文提出了一种"自适应换星换站"法来解决这一问题。对于"换星"采用一个通用转换矩阵来实现换星前后双差模糊度的等价变换;对于"换站"利用等价消参法将换站前后的数据进行严格的自适应融合,以保持整个解算过程的连续性和稳定性。通过实测机载GNSS数据的解算,检验了该方法的可行性和有效性,其定位结果精度优于2cm。     

流动站与参考站不同采样率GPS数据的处理策略

针对GPS流动站与参考站采用不同采样率的特殊应用情况,当观测数据不同步时,采用历元间的相位差分计算流动站的高精度"伪距",进而单独进行导航定位解算;当流动站与参考站观测数据同步时,采用双差模式。该方案不但充分利用了观测数据,而且可以节省数据采集和传输及运算的成本。飞机导航试验的数据解算表明,采用这种方法,流动站的定位精度可以达到cm级,而且位置更新率较高。     

BDS中长距离非差实时动态厘米级定位算法

针对BDS常规实时动态定位(RTK)中,随着流动站与参考站间的距离增加,大气延迟误差的空间相关性大大降低,影响了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。该文研究了一种基于非差观测误差的BDS中长距离常规RTK定位算法,采用非差误差改正方法为流动站提供误差改正,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。对电离层延迟误差和相对天顶对流层延迟误差进行参数估计,处理电离层延迟误差和对流层延迟误差的影响。最后通过BDS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,该算法可以实现BDS中长距离常规RTK的快速定位,并获得厘米级定位精度。     

兼容北斗系统的多基准站差分定位算法实验分析

集成定位的大众服务是北斗产业化的主要方向,针对目前服务大众的传统单站差分定位技术基准站单一、作用范围有限、随距离增加定位精度降低等问题。本文提出利用多个基站差分信息,根据流动站到基准站的距离,通过加权方法内插出流动站的改正信息,利用改正后的差分信息进行差分网定位解算的方法。通过多基准站差分定位网实验证明该方法能有效克服或降低了单基准站差分定位的不足,BDS单系统定位精度满足导航要求,大大提高伪距定位精度和整个系统的稳定性及可靠性。     

浅谈基于TBC与TGO软件的GPS PPK测量解算

GPS动态定位技术在测绘及相关行业得到广泛应用,大大提高了作业效率和定位精度。PPK是一种后处理动态定位模式,它改变了RTK流动站与基准站间存在数据通讯的模式,在通讯条件受到限制的情况下能发挥巨大的作用,弥补了RTK的不足。PPK有多种数据解算方法,本文介绍了基于TBC与TGO软件的PPK解算方法。     

RTKLIB后处理模块定位精度分析及可用性探讨

利用4个IGS参考站的观测数据,分析了RTKPOST的静态单基线、动态单基线、静态PPP、动态PPP的定位精度。结果表明,静态单基线解算和静态PPP的定位精度基本上能够达到现有相关软件的同等水平。动态单基线解算和动态PPP总体上能够达到cm级的定位精度,但存在滤波发散的问题,需要对算法进一步优化。此外,RTKPOST易于掌握和进行二次开发,可以在实际的测绘生产中根据不同的定位精度要求有选择地使用。     

航空测量场景下的中长基线动态定位方法

单基站中长基线动态相对定位受到大气残余误差影响，无法快速固定整周模糊度，定位精度和可靠性不如短基线场景。在航空测量场景下，流动站与基准站之间的基线由短到长变化，利用短基线场景下固定的整周模糊度反算得到高精度的电离层延迟量，并对其进行建模预报。随着基线变长，利用预报的电离层延迟约束中长基线定位模型，实现快速模糊度固定。本文分析了动态长基线情形下的电离层延迟的时变特性，采用滑动窗口进行电离层建模预报，讨论了该方法在航空测量实际作业中的实施条件、定位精度及模糊度固定情况。实测机载数据的解算结果表明，使用该方法，当测量载体出发阶段处于短基线场景下，单基站相对定位结果就可以达到接近100%的模糊度固定率，且定位精度保持在厘米级，显著减小了航空测量任务的作业成本。     

GNSS形变监测静态基线网中多基线联合解算两步法

GNSS(global navigation satellite system)静态基线网的解算方法通常采用单基线解算模式或多基线解算模式。这两种方法均有一定的局限性。本文综合两类方法的优点,提出了单基线和多基线联合解算模式的两步法。首先基于单基线模式利用多频率的载波相位观测值解算监测站间的双差整周模糊度,并使用严格的固定准则确定模糊度;然后利用多基线模式进行联合坐标和天顶对流层参数的估计,再结合最小二乘估计解算定位结果。选取国内某水电站静态形变监测数据为研究对象,进行基线解算方法测试和分析。实验结果表明多基线联合解算两步法在精度和可靠性上有较大优势,平面定位精度为亚毫米级,高程定位精度提高1～2倍;并可以明显改善基线网的解算速度,在高精度变形监测应用中具有可行性与通用性。     

一种多参考站的GPS伪距差分定位方法

受到流动站与参考站间距离的影响,随着基线长度的增加,测站间误差相关性降低,伪距差分RTD定位精度逐渐下降。基于网络RTK的思想,提出了一种多参考站伪距差分(NRTD)定位方法;通过建立参考站双差伪距和载波相位观测方程,序贯平差得到模糊度浮点解,进而提取出双差电离层和对流层延迟,建立区域误差模型并生成伪距差分改正数;最后将其发送给流动站进行伪距差分定位。实验结果表明,与常规RTD方法相比较,NRTD方法的定位性能够有很大提升,在N、E、U这3个方向的定位精度分别提高了39.5%、15.3%和23.6%以上,同时在N、E方向99%以上历元的定位精度优于1 m,能够满足长基线下的亚米级定位需求。     

航空重力测量中基准站与测线的距离对精度的影响

简要介绍了航空重力测量中基准站的布设原则,结合2010年某地区的实际测量数据分析了基准站与测线的距离对航空重力测量的精度的影响。实际数据验证表明,基准站距离测线360km时,其交叉点重力异常不符值标准差可以达到±2．0816mGal,其精度符合规范要求,所以在GPS基准站布设困难的地区,可以依据测区的具体情况适当地放宽GPS的布设位置和距离。     

基于距离收敛的深基坑边坡水平位移监测

针对自由设站方案，建立了通过观测监测点与基准点的水平距离，利用距离收敛值监测基坑边坡水平位移量的方法，特别给出了采用全站仪对边测量深层水平位移的方法。借助等影响原则和基准点已有信息，分析了基坑位移监测方法和距离收敛测量原理及精度，实现了位移监测点的差分计算与数据处理，讨论了两种距离收敛法监测水平位移的精度，并将其用于实际观测。分析结果与工程实测数据均表明该监测方法观测精度满足规范要求，且量测效率高，具有良好的应用价值。     

长距离GPS/BDS双系统网络RTK方法

基于区域参考站网的网络实时动态定位(real-time kinematic,RTK)方法是实现全球定位系统(global positioning system,GPS)、北斗卫星导航系统(BeiDou satellite navigation system,BDS)高精度定位的主要手段。研究了一种长距离GPS/BDS双系统网络RTK方法,首先采用长距离参考站网GPS/BDS多频观测数据确定宽巷整周模糊度,利用引入大气误差参数的参数估计模型解算GPS/BDS双差载波相位整周模糊度;然后按照长距离参考站网观测误差特性的不同,分类处理参考站观测误差,利用误差内插法计算流动站观测误差,以改正流动站GPS/BDS双系统载波相位观测值的观测误差;最后使用流动站多频载波相位整周模糊度解算方法确定GPS/BDS载波相位整周模糊度并解算位置参数。使用长距离连续运行参考站(continuously operating reference stations,CORS)网的实测数据进行实验,结果表明,该方法能够利用长距离GPS/BDS参考站网实现流动站的厘米级定位。     

局域差分GPS的数学模型

局域差分GPS中,用户到基准站的距离对定位精度有着决定性影响。利用基准站生成用户误差改正数,其算法很多。文中针对局域差分GPS的数学模型空间相关性,介绍几种常用的内插方法,如加权平均法、线性内插法、低次曲面模型法及三角形内插法,并分析各种方法的内插系数和内插质量因子。利用局域差分GPS进行定位时,只有当用户站位于基准站构成的多边形网内时,才可能得到较高的精度。     

基于映射函数网络RTK的大气误差内插估计模型

在比较分析已有内插模型的基础上,以卫星高度角、参考站高程、距离为变量,以大气映射函数为基本模型,提出了一种新的适用于高程差异大的大气误差内插模型。利用江苏连续运行参考站系统部分参考站数据,采用不同的内插模型进行处理、比较与分析。结果表明,对于高程差异大、卫星高度角小的用户站,映射函数估计方法、低阶曲面模型能够准确地估计出其与主参考站之间双差对流层误差,其最大均方差不超过2cm;映射函数估计双差电离层误差方法与低阶曲面模型、线性内插模型的估计精度相当。在以上4种方法的比较中,距离线性内插模型的估计精度最差,将近5cm。     

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。      

Optimizing a network-based RTK method for OTF positioning

Differential GPS is able to provide cm-level positioning accuracies, as long as the carrier phase ambiguities are resolved to integer values. Classical methods are based on the use of a single reference station located in the vicinity of the rover. Due to the spatial decorrelation of the errors, the distance between the reference station and the user is generally limited to within 20–30 km or even less, mainly due to the ionosphere. The MultiRef method, developed at the University of Calgary, uses a network of reference stations to generate regional code and carrier phase corrections, which can be transmitted to users in order to increase the distance over which integer ambiguity resolution is possible. In the original method, the correlated errors, due to the satellite orbits, troposphere, and ionosphere are modeled together using the L1 and wide-lane observables.In this paper, extensive efforts were carried out towards optimizing the MultiRef method with the objective of maximizing its performance. Data collected in southeastern Brazil was used in this research. At first, the impact of using covariance functions calculated with different data sets was assessed, showing improvement variations of up to 14% in the observation domain compared to using no network corrections, with the exact improvement depending on the data set used in the computation. A new approach, also using least-squares prediction (collocation), was then proposed to separately model the correlated errors. An additional effort was carried out in terms of modeling the ionosphere into directional components. Results of the enhanced method showed the same level of improvement as those obtained using the original covariance functions. However, this new approach has advantages with respect to the transmission of the corrections. Finally, an additional step was taken in terms of applying a Kalman filter to the corrections in order to improve their quality. For cases when the corresponding satellite was setting at low elevations, the filter approach improved results up to 44%. A study on the impact of the various covariance functions on the estimated accuracy of the corrections is also included.     

一种CORS站高程序列噪声识别算法

针对能量密度谱判断噪声与信号主导模态分界点性能不稳定的问题,该文提出基于夹角余弦的分界点判断方法。该方法首先利用EEMD对CORS站高程数据进行分解,其次计算原始信号与各阶模态分量的夹角余弦值,最后根据夹角余弦值的首次逆向转折位置判定噪声主导模态和信号主导模态的分界点。以4个CORS基准站近20年原始高程时间序列信号为研究对象,对噪声与信号模态分量分界点进行判定,实验结果表明采用基于夹角余弦的判定方法可以一次判断出噪声和信号模态分量的分界点。该方法应用到CORS站高程信号与噪声序列的识别中性能更加稳定。     

北京市CORS站坐标时间序列噪声分析

针对北京市CORS站的稳定性问题,该文利用GAMIT/GLOBK软件对北京市13个CORS站2016—2018年的观测数据进行了处理,获取了原始坐标时间序列和坐标残差时间序列,通过极大似然估计的方法对CORS基准站进行了噪声模型分析和区域速度场估计。结果表明,北京市CORS站坐标时间序列的最佳噪声模型为WN+FN+RWN组合模型;采用NEU方向的最佳噪声组合模型对北京市CORS站进行区域速度场估计,BJTZ、CHAO、DSQI、XNJC站的沉降较为严重,其他CORS站N方向速度估值在7.2~14.3 mm/a,E方向速度估值在27.5~32.5 mm/a,U方向速度估值在2.0~8.5 mm/a。     

基于状态和残差的北斗基准站观测数据表达与信息分级

北斗卫星导航系统基准站通常直接存储传输原始观测量,导致了两种不利情况：①没有形成对用户的分级授权机制,任意用户通过原始观测量都可以获取基准站的精确空间基准、时间基准和大气基准数据,这会对基准站的安全构成潜在威胁;②原始观测量之间的强相关性导致其数据量很大,在北斗接收机观测显现网络化、不间断、高采样和多波段的趋势下,观测数据的海量爆发给数据的存储和传输都带来了巨大的压力。因此,本文提出利用状态和残差来表达北斗基准站观测数据。与通用的基于RINEX、Compact RINEX和RTCM等国际协议的数据服务相比,其优点是不但可以对不同级别用户进行信息分级授权,从技术上保障数据服务的安全,而且大幅减小了存储传输数据量和用户端计算量。同时本文证明了新的表达方式与原始数据等效,不会降低最终计算结果的精度。利用该方法可以建立具有自主知识产权的北斗观测数据存储和传输协议,并为高精度星基数据播发服务提供技术支持。