BDS／GPS 组合 RTK 定位性能分析

针对单系统RTK存在可见卫星数少等问题,文中研究BDS/GPS站间单差的RTK算法模型,该模型采用二次型函数部分最小化及LAMBDA方法联合搜索模糊度。利用该模型分析BDS/GPS组合RTK的定位性能,通过短基线实测数据分析表明:站间单差RTK模型与双差模型是等价的;BDS/GPS组合系统相比于单一系统,明显提高定位的稳健性和精度,改善模糊度固定的成功率。     

BDS/GPS组合单历元相对定位性能分析

阐述了BDS/GPS组合单历元解算数学模型的相关理论,并进行了相应的公式推导;通过BDS、GPS单系统以及组合系统从不同基线长度、不同截止高度角等方面分析动态解算性能。实验结果表明:(1)在江苏地区,BDS系统可提供单历元至少8颗卫星,从可见卫星数量和可观测时长角度来看,BDS对BDS/GPS导航定位具有重要的贡献;(2)组合BDS/GPS系统单频RTK相比GPS RTK在截止高度角较高的情况下仍可以单历元固定模糊度,且模糊度的固定率和成功率超过90%;(3)对于6km以下的短基线,组合系统定位精度优于单系统,其在平面方向优于1cm,高程方向优于3cm。     

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。     

信号易遮挡环境下BDS/GPS系统定位性能分析

通过设置不同的截止高度角来模拟卫星信号受遮挡的情况,并以某CORS网4.8 km与5.1 km的2条基线为例,对截止高度角为10°～60°的遮挡情况下,GPS/BDS系统相比单GPS系统、单BDS系统在单历元双频基线解算时的卫星可见性、模糊度固定、定位精度等定位性能的改善情况进行了对比分析。结果表明GPS/BDS组合系统相对单系统,极大改善了卫星的可见性,提升了模糊度的固定率、正确率,在截止高度角为50°、60°的极端条件下,GPS/BDS组合系统单历元基线解算精度在E、N方向仍可达10.0 mm左右,在U方向仍可达20.0 mm左右。     

GPS/BDS/GLONASS双频RTK定位算法研究

针对GLONASS采用频分多址技术导致双差观测方程中双差模糊度失去整周特性的问题,提出了一种基于站间单差模糊度分别求解的方法,并结合附加模糊度参数的卡尔曼滤波模型,实现了GPS/BDS/GLONASS组合RTK定位。通过自编RTK程序对GPS、BDS与GLONASS双频实测短基线数据进行测试,并对比分析其他RTK模式下的稳定性与定位精度。结果表明,GLONASS单频和双频定位的模糊度固定率分别为99.8%、99.7%,其定位精度与BDS、GPS相差不大。在单频或双频RTK定位中,双系统、三系统组合定位的稳定性和定位精度明显高于单系统,其中三系统组合定位的稳定性最好,精度最高。随着频率增加,初始化时间明显减少,为实现单历元获得固定解提供了可能性。     

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。     

BDS/GPS/GLONASS RTK定位算法研究

实现了BDS/GPS/GLONASS三系统组合RTK定位算法,介绍了BDS/GPS/GLONASS三系统组合RTK数学模型,解决了多模融合导航定位时空基准统一问题,并针对附加模糊度参数的卡尔曼滤波函数模型,提出了一种确定实时动态定位中卡尔曼滤波参数的方法。编制了BDS/GPS/GLONASS RTK定位程序,并对28 m超短基线及31 km短基线实测数据进行了解算。对比分析了BDS、GPS、GLONASS、BDS/GPS、BDS/GLONASS、GPS/GLONASS、BDS/GPS/GLONASS七种模式下的定位结果。     

GPS/BDS组合姿态测量及精度分析

给出了GPS/BDS组合双差观测模型和姿态测量解算算法,采用Kalman滤波进行动态基线解算的参数估计,利用LAMBDA方法固定双系统模糊度,获得动态基线固定解,最后通过基线的坐标系转换获得姿态角。比较了单系统和GPS/BDS双系统静态姿态角与动态短基线解算结果。试验结果表明,GPS/BDS组合姿态测量的精度和可靠性较GPS单系统都有显著提高。     

GPS/BDS的RTK定位算法研究

针对附加模糊度参数的Kalman滤波函数模型和随机模型,提出了一种确定实时动态(real-time kinematic,RTK)定位中Kalman滤波参数的方法。利用该算法,采用自编的GPS/BDS RTK定位程序处理了实测的GPS/BDS短基线数据,对比和分析了GPS、BDS、GPS/BDS三种RTK定位组合模式下的定位精度水平。在短基线的情况下,GPS/BDS的RTK定位精度相对于GPS或者BDS没有明显提高,但是得到固定解所需的时间明显减少。     

BDS/GPS单历元多频定向算法性能对比

针对多频多系统定向的不同需求,该文采用了BDS/GPS单历元双差非组合定向算法以及附有基线长约束的最小二乘降相关平差模糊度固定方法。4组实测数据的处理结果表明,单频GPS、单频BDS的模糊度平均固定成功率分别为55.9%、84.3%;单频双系统、多频(双频三频)单系统及多频(双频或三频)双系统定向时,其模糊度固定成功率均可达98%以上;在模糊度固定正确的情况下,BDS/GPS组合定向的精度最高,且与单GPS较为相近,但两者都略高于单BDS,频率差异所带来的精度差异并不明显。     

基于部分固定策略的多系统长距离基准站间模糊度快速解算

基准站间整周模糊度的快速准确固定是实现网络RTK高精度快速定位的前提。对于GPS/GLONASS/BDS组合系统长基线,模糊度维数大幅度增加,加之观测噪声、大气残余误差等因素的影响,很难快速准确地固定所有模糊度,尤其是低高度角卫星模糊度。提出了一种基于部分固定策略的GPS/GLONASS/BDS组合网络长基线部分模糊度快速解算方法,以截止高度角、模糊度固定成功率以及Ratio值为主要参数,优选模糊度固定子集,以实现长距离基准站间模糊度快速固定。通过实测GPS/GLONASS/BDS三系统长基线数据的实验验证,部分模糊度固定方法可有效避免低高度角卫星对模糊度固定的影响,从而显著提高模糊度固定时的成功率及Ratio值,缩短长距离基准站间模糊度准确固定所需的时间。     

BDS/GPS单历元短基线动对动定位性能分析

针对在城市峡谷环境下观测卫星较少、观测质量差和周跳频繁,导致动对动定位过程中双差模糊度不连续的问题,提出了一种GPS/BDS组合系统的单历元模糊度解算方法。通过GPS/BDS组合定位提高了卫星的可用数量,利用单历元模糊度固定减弱了周跳频繁带来的影响。实验采用GPS/BDS组合的7组数据,分析了在不同高度角下动对动定位单历元解的模糊度固定率、解算失败率、粗差率和定位精度。结果表明,GPS/BDS组合动对动定位单历元模糊度解算方法,在高遮挡的城市峡谷环境仍然可以取得较好的定位结果。     

BDS三频长基线RTK定位性能分析

实时动态定位(real-timekinematic, RTK)技术作为不可替代的精密定位技术之一,在很多领域发挥着重要作用。BDS多频信号的播发将提供多种三频RTK组合定位方式,因此本文进行了多种BDS三频组合长基线RTK解算实验,并与GPS和Galileo系统三频组合进行对比。实验结果表明,BDS卫星可用性优于另外2种系统。BDS B1I/B2b/B3I三频组合长基线RTK定位性能最优,优于GPS和Galileo,模糊度固定率在90%以上,模糊度固定初始时间在60 min以内,定位精度可以达到厘米级;其余3种BDS-3三频组合长基线RTK定位性能低于GPS和Galileo,或者与其相当。     

不同高度截止角下BDS/GPS定位分析

研究了BDS/GPS联合RTK定位的理论和算法,主要包含了BDS/GPS组合系统在不同高度截止角下的可视卫星数与PDOP值的比较;BDS与GPS观测量精度的初步评估;双频联合RTK定位的模糊度解算和定位性能的分析等。得出如下结论:BDS/GPS组合系统的可视卫星数相对单系统明显增多,PDOP值减小,在大高度截止角下,其空间几何强度依然很高;随着高度截止角的增大,BDS与GPS受多路径影响明显减弱,其中GEO卫星受多路径影响最大;BDS观测量精度与GPS相当。BDS/GPS双频联合定位的定位精度相对于GPS或BDS虽没有明显提高,但在大高度截止角下,依然可以成功固定模糊度并实现高精度定位。这将显著改善GPS或BDS单系统双频RTK定位在受遮挡环境下的可用性和可靠性。     

BDS三频与双频模糊度解算性能分析

全球导航卫星系统(GNSS)已进入多频多系统时代。针对两条短基线,对比分析BDS三频与BDS／GPS三频对于BDS双频与BDS／GPS双频在模糊度固定率、成功率及定位精度等方面的改善情况。结果表明,BDS三频与BDS／GPS三频可有效提高BDS双频与BDS／GPS双频的固定率和成功率,但BDS三频与BDS／GPS三频对于BDS双频与BDS／GPS双频的定位精度基本上没有改善。      

GPS/BDS接收机端系统偏差稳定性对整周模糊度固定的影响

GNSS接收机端的UPD与接收到的信号频率有关,这导致GPS和BDS系统间的双差模糊度不具有整数特性,为了恢复其整数特性,两系统间的系统偏差需要进行估计或改正。在顾及GPS和BDS之间的时间系统、坐标系统和频率间偏差的基础上,推导出GPS/BDS系统偏差计算模型,并利用不同实验对系统偏差的稳定性进行验证。实验结果表明,不同品牌接收机在GPS/BDS系统偏差方面在一定条件下均具有稳定性;天线类型和天线连接线长度没有对GPS/BDS系统偏差产生显著影响。加入系统偏差改正的GPS/BDS紧组合定位在恶劣环境下表现良好,可将模糊度固定平均所需时间缩短33%,模糊度固定成功率提高31%。     

用遗传算法搜索GPS单频单历元整周模糊度

介绍了短基线利用单频单历元双差载波相位定位时模糊度固定的基本理论，探讨了利用遗传算法快速搜索GPS单频单历元整周模糊度的一些理论和实现的方法．提出了用改进的正则化方法改善浮动解来提高搜索成功率的新思路。算例分析表明，在一定的条件下．应用遗传算法搜索整周模糊度成功率高、稳键性较好。     

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。     

基于部分模糊度解算的BDS/GPS组合RTK算法

GNSS多频率组合RTK定位逐步进入实际应用,存在模糊度维数增多、搜索空间增大,导致模糊度搜索运算量增大及模糊度固定效率低等问题。文中提出一种多星座部分模糊度解算算法,该算法综合考虑卫星高度角、模糊度固定成功率及Ratio值来筛选卫星进行模糊度解算。通过一组动态跑车实验分析表明:相比于全模糊度解算(FAR),部分模糊度解算(PAR)可以有效地提高BDS/GPS组合RTK的模糊度固定率,其模糊度固定率从79.9%(FAR)提高到99.1%(PAR),且PAR算法定位结果可靠性更高。     

GPS/BDS接收机端系统偏差实时估计方法

针对GPS-BDS系统偏差会导致GPS和BDS系统间的混合双差模糊度不具有整数特性,且其不完全稳定的问题,该文提出一种GPS/BDS系统偏差实时在线估计方法。通过将双差模糊度以单差模糊度之差的形式进行求解,然后再将以周为单位的单差模糊度投影为双差模糊度,以此消除GPS和BDS不同波长的影响;在此基础上,采用Kalman滤波对系统偏差进行实时动态估计。实验结果表明,该方法采用较少历元的观测数据便可使系统偏差收敛,并且收敛后十分稳定,可以将其作为校正参数;加入系统偏差改正的GPS/BDS紧组合定位在恶劣环境下表现良好,可将模糊度固定平均所需时间缩短29%,模糊度固定成功率提高45%。