GPS载波相位观测值的线性组合及其相关性分析

对载波相位观测值进行适当的组合（即求单，双，三差）是ＧＰＳ相对定位数据处理中广泛采用一种方法，本文在简要介绍相位组合量的构成与目的的基础上，系统地分析了各位差分量之间的相关性，对双差以及三差方程间协方差阵的计算方法进行了总结，并给出了相应的算例和结论。     

利用全球定位系统载波相位测量值以非差分方式进行精密相对定位

事实已经清楚地表明,随着廉价的载波跟踪仪器的出现,能够实现对许多接收机同时跟踪,获取载波相位观测数据处理的算法,无疑是重要的。当使用两台接收机时,以前研制出的以单重、双重和三重差方式处理相位观测值的算法是容易实现的。然而,当三台或更多的接收机同步跟踪时,如果最理想地从数据中提取信息,就需要更复杂的算法来处理理数据。本文介绍一种以非差分方式处理载波信号观测数据的算法,该算法能对任意多个测站进行分析,而不增加处理的复杂性。这种纯相位方法具有差分数据处理的一切优点,并且具有一些附加的特点,即能够产生正确的协方差矩阵,以及得到接收机的钟与卫星的钟同步差随时间变化的关系。     

GPS多差相位观测量数学相关性的分析表示

给出了GPS载波相位测量中Ⅰ个测站同步观测S颗相同卫星0个观测历元所在弧段内单差、双差、三差乃至更高次差分相位观测量之间数学相关性的分析表示.它克服了多条基线同时求解时无法精确顾及多差相位观测量之间相关性的缺陷,使得单、多基线矢量解算无需用大型矩阵求逆就能得到相关权阵,只需列出误差方程,组成法矩阵后求解有限个待估参数,从而极大地提高了求解速度,具有重要的实用价值.     

有色噪声作用下的抗差卡尔曼滤波

根据用GPS载波相位三差观测量进行动态定位或精密导航的需求,推导了动态噪声、观测噪声为有色噪声的抗差卡尔曼滤波公式。白噪声的抗差卡尔曼滤波是有色噪声的抗差卡尔曼滤波的特例,有色噪声的抗差卡尔曼滤波为白噪声的抗差卡尔曼滤波的推广。     

GPS载波相位三差观测方程的改化

本文根据相关测量平差原理推导出改化ＧＰＳ载波相位三差观测方程的算法，使改化后的协因数呈分块对角体。这种改化算法不但顾及观测值的相关性，而且节省大量的存储单元。使采用严密平差法平差三差观测值成为一种最简单的数据处理方法之一。     

基于小波变换的单频GPS快速精密定位整周模糊度的解算

对于GPS短基线,载波相位双差观测量已基本消除了卫星轨道误差、钟差、大气折射误差等系统偏差的影响,主要包含距离观测量信息及随机测量误差,其中测量误差是高频的测量噪声,小波变换可将GPS载波相位双差观测量中的观测噪声(高频部分)分解出来。本文利用Coiflets小波基函数对GPS快速定位的原始载波相位双差观测量进行5层分解,通过重构第5层低频系数获得去除噪声的"干净"的载波相位双差观测量,然后利用"干净"的双差观测量进行最小二乘参数估计,以减小测量噪声对GPS快速定位病态方程解的扰动。计算结果表明该方法能够显著提高GPS快速定位中模糊度浮点解的精度,仅利用几个观测历元的数据就可以准确地固定模糊度。     

北斗接收机初始相位偏差特性分析

研究接收机初始相位偏差对于恢复模糊度的整数特性具有重要意义。本文推导了北斗接收机间单差的频率间接收机初始相位偏差计算公式,利用零基线数据对其特性进行分析,并得出以下结论:单差频率间相位偏差具有短期稳定性,并不随卫星高度角变化而变化;接收机刚开始跟踪卫星时,单差频率间相位偏差需要一定的收敛时间才能达到稳定值;单差频率间相位偏差并不具有长期稳定性,接收机重新跟踪卫星后,其值会发生变化;接收机间单差的频率间相位偏差针对不同卫星在相同频率组合上是一致的。     

三频北斗载波相位观测值质量分析

北斗卫星导航系统已开始播发三频数据,为多频应用研究提供了数据支持。利用实测北斗三频载波相位观测数据,形成三频无几何消电离层组合观测值以及零基线双差观测值,从而进行北斗不同类型卫星的载波相位观测值质量分析,结果表明北斗三频载波相位观测值多路径误差均在3cm以内;三个频率载波相位观测精度均优于2mm。     

GPS载波相位观测值处理方法的等价性

利用 GPS 载波相位观测值进行定位有多种方法,这些方法之间是相互联系的。本文改进了多余参数消除理论的等价条件,使之不仅适合于差分法,也适合于中心化非差法;并根据这一等价条件从理论上严格地证明了差分法、中心化非差法及 Goad 非差法同基本相位法的等价性;而由此出发进行的方法综述,则对实际应用具有一定的指导意义。     

一种基于多项式拟合的单频周跳探测改进方法

提出了一种基于多项式拟合的单频周跳探测的改进方法,综合利用了星间单差载波相位观测数据和非差载波相位观测数据,实现了单频载波相位周跳的准确定位。     

长距离网络RTK参考站间双差模糊度快速解算算法

提出了一种长距离网络RTK参考站间双差整周模糊度快速解算方法,该方法利用双频载波相位模糊度间的线性关系确定宽巷模糊度,然后选取双频载波相位的备选模糊度组合,通过计算参考站间对流层误差和轨道误差等非色散误差,对双频载波相位整周模糊度进行搜索。实验结果表明,此方法能够快速、可靠地解算长距离参考站间的双差整周模糊度。     

单基线载波相位双差定位、位置差分和单点定位的精度分析

GPS测量数据处理的经典方法中,载波相位双差是目前精度最高的处理方法,掌握GPS载波相位双差算法,是获得高精度成果的基本条件。论述载波相位双差定位的原理,并用实例来进行双差解算,与位置差分、单点定位结果相对比分析载波相位差分的结果,最后阐述双差中应该注意的几个问题。     

由星载GPS相位数据确定地球重力场模型若干问题研究

人造地球卫星在地球引力场中运动,可以探测地球重力场的长波信息。随着GPS技术的发展,星载GPS技术日趋成熟,因此由星载GPS相位数据确定地球重力场模型是当前国际地学研究的热点之一。本文给出了确定地球重力场模型中的星载GPS星地相位双差观测量,阐述了Cowell II数值轨道积分公式,导出了参数估计中星地双差观测量的偏导数,利用分块Bayes最小二乘参数估计地球引力场位系数等有关参数。     

基于GPS相位观测值差分的小波变换在周跳探测中的应用

针对GPS载波相位观测值中出现的周跳,首先分别对GPS相位观测值做单差和双差处理,再根据小波变换检测信号的奇异性原理,将GPS相位观测值发生周跳处视为信号的奇异点,通过MATLAB编程,分别对相位单差和双差观测值进行小波变换来探测周跳.实验证明,基于差分法的小波变换周跳探测效率比较高,周跳位置探测比较准,而且双差观测值的周跳探测比单差观测值效果好.     

大范围网络RTK基准站间整周模糊度实时快速解算

网络RTK是目前实现高精度实时动态定位的重要手段之一,而网络RTK高精度定位的关键问题是基准站间整周模糊度的实时快速准确固定。对于大范围网络RTK,由于基准站间距离的增加,电离层延迟误差、对流层延迟误差和卫星轨道误差相关性降低,导致基准站间整周模糊度不能快速准确地固定,因此本文提出了一种大范围网络RTK基准站间整周模糊度固定算法。该算法首先利用L1、L2载波相位观测值和P1、P2伪距观测值解算基准站间的双差宽巷模糊度;然后采用Saastamoinen模型和Chao映射函数模型相结合解算双差对流层延迟误差,并将双差宽巷模糊度作为L1、L2双差载波相位整周模糊度的约束关系来确定L1、L2双差载波相位整周模糊度;最后采用CORS站的实测数据进行试验,并将本文的试验结果同GAMIT软件的解算结果进行比对,结果表明该算法可以快速准确地实现单历元双差载波相位整周模糊度的固定。     

BDS网络RTK中距离参考站整周模糊度单历元解算方法

提出了一种BDS网络RTK中距离(50~100 km)参考站间的双频载波相位整周模糊度单历元解算方法。该方法首先利用B1、B2载波相位整周模糊度间的线性关系选取B1、B2载波相位整周模糊度备选值。利用双频载波相位整周模糊度备选值计算双差电离层延迟误差,根据参考站各卫星电离层延迟误差间的空间关系,使用双差电离层延迟误差构建双差电离层延迟误差的线性计算模型。通过双差电离层延迟误差线性计算模型的建立搜索和确定B1、B2载波相位的整周模糊度。经CORS网实测数据试验算例的验证,该方法只需一个历元的观测数据即可确定参考站间双差B1、B2载波相位整周模糊度,且不受周跳影响。     

相对定位双差模型中的天线相位缠绕误差分析

在全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)定位中,相位缠绕是右极化信号因接收天线与发射天线发生相对旋转而产生的误差。当天线只绕其极化轴旋转时,短基线相对定位双差模型可以消除相位缠绕,因此静态短基线测量以及实时动态测量通常忽略此项误差改正。为了研究当天线旋转方向与极化轴方向不一致时(即发生倾斜摆动)双差模型中的相位缠绕影响,首先利用旋转机械臂设计了3种天线姿态变化方式。然后,从利用附加天线外部姿态信息计算的相位缠绕理论值和实测相位双差观测值残差两个方面进行验证分析,证明了当天线发生倾斜摆动时短基线相对定位双差模型不能完全消除相位缠绕误差。当天线倾斜幅度达到±50°时,相位双差残差达到峰值(0.03 m)。在使用姿态信息进行相位缠绕改正后,单颗卫星的双差残差均方根误差(root mean square error, RMSE)减小了21%～47%,动态短基线定位坐标偏差RMSE减小了27%～33%。最后验证了短基线相对定位中天线倾斜造成的相位缠绕影响与中长基线中地球曲率造成的相位缠绕影响具有近似等效性。     

卫星端宽巷载波相位小数偏差估计方法研究与结果分析

提出了一种估计星间单差宽巷载波相位FCB的新方法——区间均化法。利用2010年全球约120个IGS测站的数据,估计出所有星间单差宽巷载波相位的FCB,详细比较分析了星间单差宽巷FCB的估计精度。结果表明,使用区间均化法获得的卫星宽巷载波相位的FCB与法国CNES中心发布的FCB产品具有很好的一致性,较差均小于0.1周,94%小于0.05周。不同测站数量和测站分布估计相同卫星组星间单差宽巷载波相位的FCB结果具有较好的一致性,但测站数越多,FCB估值的可靠性越高。绝大部分星间单差宽巷载波相位的FCB在1a内具有较好的稳定性,其时间序列的标准差小于0.01周。卫星工作状态的变化会使FCB重新赋值。     

GNSS非差非组合数据处理与PPP-RTK高精度定位

本文首先回顾了GNSS差分和组合数据处理的起源、特点和应用,并阐述了其在多频多模背景下的局限。然后,引出了非差非组合数据处理的诸多优势,介绍了构建满秩非差非组合函数模型的消秩亏方法。基于该方法,本文系统构建了系列非差非组合PPP-RTK模型,包括伪距加相位和仅用相位两大类。两类模型均考虑不同的大气约束而衍生出电离层加权、浮点和固定3种变体,且所有模型均顾及码分多址和频分多址两类系统。最后,本文测试分析了非差非组合PPP-RTK在无人船、无人机和农机应用中的动态定位性能。试验结果表明,3个场景下的模糊度首次固定时间均在10 s以内,模糊度固定成功率在96%以上,水平定位精度优于2 cm,高程定位精度优于5 cm。在Galileo+GPS+BDS三系统农机定位中,仅用相位PPP-RTK与伪距加相位PPP-RTK定位性能相当。与Galileo+GPS双系统定位相比,三系统PPP-RTK将模糊度首次固定时间从几百秒缩短至几秒,模糊度固定成功率从85%左右提升至99%以上,定位精度提升了30%左右。     

北斗系统载波相位动态差分定位方法

针对北斗系统高精度动态差分定位解算不够快速准确等问题,该文介绍北斗导航卫星系统载波相位动态差分定位方法:利用B1、B2载波相位观测值组成双差宽巷载波相位观测值,进行双差宽巷组合观测值整周模糊度的确定,然后解算双差载波相位观测值的整周模糊度,利用载波相位观测值进行动态定位解算;并通过BDS实测数据进行算法验证,证明本文解算的方法可以实现BDS高精度差分定位的整周模糊度动态解算,得到测站的厘米级差分定位结果。