基于北斗三频的实时变形监测数据处理

针对观测条件较差时,基于双频观测值的传统变形监测数据处理算法无法快速、可靠地固定原始频点模糊度的局限性,分析了GPS和北斗导航系统BDS不同解算模式下的单历元模糊度固定成功率,提出了基于北斗三频观测值的变形监测数据处理算法。该算法采用三频模糊度解算(three-carrier ambiguity resolution,TCAR)逐次固定超宽巷、宽巷、原始频点模糊度;在不能可靠固定原始频点模糊度时,通过观测值域恒星日滤波削弱宽巷多路径的影响,采用模糊度固定宽巷进行坐标解算。利用实测数据进行检验后的试算结果表明:TCAR单历元模糊度固定成功率较双频模式有了较大提高,但在观测条件较差时难以保证较高的成功率;而宽巷模糊度固定可达到100%的成功率;经观测值域恒星日滤波后宽巷固定解坐标水平方向均方根(root mean square,RMS)可达到7mm。     

BDS/GPS组合单历元基线解算方法

阐述了BDS/GPS单历元解算函数模型的相关理论,并进行了相应的公式推导。在此基础上,利用基于正则化的载波相位解算模型,解算宽巷模糊度。首先将BDS卫星宽巷模糊度值作为约束固定出IGSO和MEO卫星的模糊度;然后再将IGSO和MEO卫星模糊度值作为约束来固定GEO卫星模糊度。通过实测数据对该方法进行测试和分析,结果表明:BDS/GPS组合系统单历元宽巷模糊度成功率为100%;基频模糊度成功率90%以上;N、E、U方向定位精度达到了毫米至厘米级。     

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。     

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。     

基于北斗三频约束的中长基线解算研究

利用北斗三频模糊度易固定的特点,提出一种具有北斗三频约束的BDS/GPS基础模糊度快速解算方法。针对中长基线,利用多历元平滑无电离层组合模糊度,从无电离层组合模糊度中分离出北斗基础模糊度;然后将北斗基础模糊度带入基线解算模型中,约束求解出GPS基础模糊度,最后将GPS与BDS基础模糊度回带观测方程,可实现基线的快速解算。经北斗实测数据验证表明,文中方法可快速固定GPS基础模糊度,较传统卡尔曼滤波求解模糊度方法,大大减少正确固定模糊度所需的原始观测历元数,实现基线的快速解算。     

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。     

一种改进的BDS三频单历元TCAR算法

针对原有TCAR算法中宽巷(WL)组合模糊度估计成功率不高的问题,该文通过分析BDS三频最优组合观测值性能,采用易于固定模糊度的超宽巷(EWL)组合代替原有TCAR法的宽巷组合,形成EWL+EWL+NL组合解算模式。在此基础上,对GB_TCAR法和改进的综合TCAR法的模糊度浮点解精度进行分析,并对实测BDS零基线、短基线和长基线数据进行模糊度解算。结果表明,GB_TCAR法和改进的综合TCAR法均可实现所有基线EWL组合模糊度的单历元可靠固定,且改进的综合TCAR法对模糊度解算有一定的改善作用,其中,对零基线、短基线NL组合模糊度的改善效果较明显,但随着基线长度增长,仍无法可靠地固定长基线NL组合模糊度。     

一种考虑随机模型精化的单频单历元算法

研究了一种适合变形监测的考虑随机模型精化的单频单历元算法。分析了单频单历元相位双差观测方程法矩阵的特性;基于吉洪诺夫正则化方法,将秩亏的法方程由秩亏变为满秩,得到模糊度的浮动解及其相应的均方误差矩阵,结合LAMBDA方法可准确地固定模糊度,得到基线向量的单历元解;给出了实时权的计算公式,用实时权代替固定权,提高了解算模糊度的成功率。通过一个3km长的基线算例说明算法的效果。     

单差模糊度的BDS/GLONASS多频RTK算法

针对GLONASS的双差模糊度失去整周特性以及附加模糊度参数的卡尔曼滤波模型,该文提出了一种基于站间单差模糊度分别求解的方法和一种能够在实时动态定位中获得卡尔曼滤波参数的方法,从而实现了BDS/GLONASS双系统联合实时动态差分(RTK)定位。对在石家庄采集的BDS三频与GLONASS双频短基线数据进行了解算,并对比分析了其他定位模式的结果。实验表明,该方法能够正确固定GLONASS模糊度,其单频和双频的模糊度固定率分别为91.2%、99.6%。GLONASS的定位精度与BDS相当。BDS/GLONASS组合定位精度和稳定性相较于单系统也有所改善,其中BDS三频+GLONASS双频的定位精度最高,总体精度为2.22 cm。频率增加缩短了初始化时间,为实现单历元获得固定解提供了可能性。     

一种新的中长基线BDS三频模糊度快速解算方法

虽然TCAR能够实现短基线三频模糊度单历元解算,但由于电离层延迟及观测噪声等的影响,中长基线三频模糊度快速解算仍然是导航定位的一大难点。本文提出了一种新的无几何无电离层三频模糊度解算方法。该方法通过对伪距观测值赋予不同的权重,辅助宽巷及窄巷消除电离层残差的影响,使宽巷及窄巷求解只受观测噪声的影响;然后通过多历元的平滑获取宽巷及窄巷模糊度值。通过实测BDS三频长基线数据表明,相比经典TCAR算法,该方法可大大改善中长基线模糊度的求解精度,经过数据平滑并验证基本可以实现中长基线模糊度的快速解算。     

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。     

BDS系统三频基线定位算法

BDS系统播发三频观测数据,这一特性对于改进基线定位具有重要意义。本文针对精密定位应用中的基线相对定位问题给出了一种基于BDS三频观测数据的定位算法,利用MGEX网澳大利亚境内测站的实测数据分别对一条短基线和一条中长基线以三频算法进行了解算,同时采用传统双频算法对相同数据进行解算作为参照,结果显示:基于三频的BDS基线定位算法较传统双频算法能同时提高模糊度固定成功率与定位精度,而且这种提升的效果对于中长基线更为显著。     

BDS-3四频短基线单历元定位方法

为了充分利用北斗三号B1I、B3I、B1C和B2a四频观测数据,该文提出了一种基于北斗三号四频组合的短基线单历元定位方法。采用无几何模型和几何模型相结合的方法依次求解两个超宽巷、三个宽巷和一个窄巷模糊度,并利用LAMBDA方法搜索固定窄巷模糊度,最后使用模糊度固定的窄巷进行单历元定位。利用北斗三号短基线实测数据进行验证分析,结果表明,该方法可以有效进行超宽巷和宽巷模糊度的单历元固定,窄巷模糊度固定率高于99%,基本可以实现短基线单历元定位,并获得厘米级定位精度。     

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。     

北斗三频中长基线差分定位性能研究

北斗卫星系统(BDS)能全星座播发三频信号,可通过线性组合构成不同虚拟观测量,有利于模糊度解算等,文中采用北斗三频中长基线实测数据进行差分定位,首先使用宽巷模糊度和电离层无关组合进行B3频段窄巷模糊度解算,在此基础上提出利用相邻历元B3频段窄巷模糊度构建卡尔曼滤波新息向量,通过新息向量内积RMS值很容易分析出窄巷模糊度的误差对滤波性能的影响,并结合滤波发散条件进行相关卫星历元挑选,实验最终得到中长基线厘米级定位精度并有效缩短首次收敛时间和提高固定率,对促进北斗高精度定位有着现实意义。      

基于模糊度相关法的北斗三频载波单历元基线解算

单历元基线解算一直是卫星导航定位中的热点和难点,随着北斗导航定位系统的全面组网,三频载波可以形成更多优良的组合观测值,有效地提高了单历元基线解算的精度和可靠性。本文在传统TCAR的基础上引入电离层延迟先验信息,将电离层延迟与位置参数和模糊度作为未知参数,采用最小二乘配置原理一并求解。同时,采用考虑电离层延迟影响的模糊度相关法约束模糊度搜索空间。结果表明,加入电离层延迟先验信息可以较大提高单历元模糊度固定的成功率;而采用考虑电离层延迟的模糊度相关法可以缩小模糊度搜索空间,有效地提高单历元模糊度解算的成功率和可靠性。     

附有基线约束的LAMBDA算法整周模糊度确定

利用刚性载体上基线长度不变的特性,提高传统LAMBDA算法搜索模糊度的效率和准确度.对附有基线约束的单频LAMBDA算法进行了探讨,研究了动态定位中,利用较少历元,通过基线长度约束,提高模糊度解算成功率.     

一种改进的北斗三频基线解算方法

针对北斗导航系统目前是唯一能够播发真正实用三频信号的优势,该文中分析了最小二乘降相关搜索(LAMBDA)法与TCAR法在北斗三频模糊度解算中各自的优缺点。根据TCAR法在中短基线中超宽巷与宽巷模糊度固定成功率较高的特点,该文中提出了一种附有模糊度约束条件的北斗三频基线解算模型。通过北斗实测数据实验分析可知,相对于传统的三频定位模型,在短基线情况下具有超宽巷与宽巷模糊度约束的北斗三频定位模型的模糊度固定成功率较高;同时在中等长度基线情况下,模糊度固定速度和坐标收敛速度也比传统模型快。