基于岭估计的北斗系统双差整周模糊度解算方法

针对北斗卫星导航系统中高轨卫星角速度较慢引起的基线网络实时动态差分法模型病态性减弱较慢而造成的模糊度收敛较慢的问题,提出一种适用于网络实时动态差分法参考站间双差整周模糊度快速解算的新方法。首先,在分析北斗系统快速定位模型中法矩阵结构病态性的基础上,基于岭估计的原理提出一种减弱法矩阵病态性的新方法。该方法只需几个历元的北斗系统载波相位观测值,就可得到比较准确的模糊度浮动解及其相应的均方误差矩阵。利用最小二乘相关分解法方法,用与模糊度浮点解相应的均方误差矩阵代替协方差阵,可准确、快速地搜索固定整周模糊度。结合算例,将新方法和最小二乘法分别结合最小二乘相关分解法方法解算的整周模糊度结果进行比较,结果证明新方法能实现北斗系统双差整周模糊度的固定。     

针对北斗系统的降维快速高精度定向算法

通过分析北斗系统的星座特点及GEO卫星特征,提出了一种针对北斗系统的快速高精度定向方法。该方法利用北斗GEO卫星东西向几何构型好的优势,首先由GEO卫星的观测值结合降维解算理论解算基线向量候选值;然后通过模糊度函数法对候选值进行判决,得到最优基线向量,解出宽巷模糊度;最后在此基础上解算B1模糊度,进行高精度定向。该方法不但可以改善利用北斗定向解算所产生的病态性,而且可以减小模糊度搜索范围,实现单历元整周模糊度快速解算。利用实测北斗星历对算法进行了仿真验证,结果表明在实时动态条件下,该方法解算B1的整周模糊度成功率为99.31%,确定的俯仰角标准差为0.07°,航向角标准差为0.13°,是一种高效快速的定向算法。     

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。     

BDS／GPS中长基线宽巷准厘米级RTK算法

针对常规实时动态（RTK）定位技术中长基线初始化时间较长、定位结果不稳定的问题,提出了一种基于部分模糊度固定策略的BDS/GPS宽巷卡尔曼滤波RTK定位方法,从充分发挥宽巷观测值波长较长和宽巷模糊度易于固定的优势,避免低高度角卫星对模糊度解算的影响,从而提高中长基线情况下的模糊度固定率. 同时采用附加宽巷模糊度参数的卡尔曼滤波方法计算浮点解,以固定高于设置模糊度解算截止高度角的卫星进行定位,并解算电离层活动较剧烈的25~76 km的中长基线. 通过3组试验,结果表明,BDS/GPS双系统联合定位宽巷模糊度固定率均接近100%,76 km基线模糊度固定率达到99.9%,定位精度达到厘米级或准厘米级.      

非线性基线长约束条件线性化近似对模糊度解算影响

GNSS动态相对定位中常附加非线性的基线长约束进行解算, 而LAMBDA方法只能处理无约束或者线性约束的模型, 为了应用LAMBDA方法, 应对非线性约束条件进行线性化近似。通常附加该约束后, 模糊度固定成功率会提高, 但对于超短基线有时反而会降低。何种条件下附加线性化近似的基线长约束条件可以提高模糊度固定成功率尚未有定论。本文基于附加基线长约束的GNSS相对定位数学模型, 推导基线长约束条件线性化近似余项对浮点解的最大影响值公式, 给出基线长约束能否线性化近似的诊断条件。当该条件满足时, 线性化近似余项影响可以忽略, 附加线性化近似的基线长约束可以改善浮点解解算精度, 提高模糊度固定成功率;若不满足, 则线性化近似余项影响可能不可以忽略, 附加约束会因浮点解有偏不能固定为正确的模糊度, 并通过算例验证了相关结论。     

非线性基线长约束条件线性化近似对模糊度解算的影响

GNSS动态相对定位中常附加非线性的基线长约束进行解算,而LAMBDA方法只能处理无约束或者线性约束的模型,为了应用LAMBDA方法,应对非线性约束条件进行线性化近似。通常附加该约束后,模糊度固定成功率会提高,但对于超短基线有时反而会降低。何种条件下附加线性化近似的基线长约束条件可以提高模糊度固定成功率尚未有定论。本文基于附加基线长约束的GNSS相对定位数学模型,推导基线长约束条件线性化近似余项对浮点解的最大影响值公式,给出基线长约束能否线性化近似的诊断条件。当该条件满足时,线性化近似余项影响可以忽略,附加线性化近似的基线长约束可以改善浮点解解算精度,提高模糊度固定成功率;若不满足,则线性化近似余项影响可能不可以忽略,附加约束会因浮点解有偏不能固定为正确的模糊度,并通过算例验证了相关结论。     

GPS快速定位方程的病态性对整周模糊度及基线解的影响

GPS快速定位的数据处理一般是基于整数最小二乘理论,参数估计通过浮点解、整周模糊度的搜索、固定解三个步骤实现。当观测时间较短时,观测量间具有较强的相关性,用LS估计未知数的法方程严重病态,导致模糊度及基线浮点解与其正确值差距较大。本文通过实例研究了不同观测时间的GPS快速定位方程的病态性程度及其对模糊度和基线解的影响,计算结果表明当观测时间少于2分钟时,采用LS结合LAMBDA法难以求出可靠的固定解。     

中长基线三频GNSS模糊度的快速算法

通过研究三频最优组合观测值,分析制约中长基线三频模糊度快速解算的主要因素是残留对流层延迟.在此基础上,提出一种中长基线三频模糊度快速解算新方法,该方法先以较高成功率快速固定两个超宽巷模糊度,然后用这两个模糊度固定的超宽巷组合与任一窄巷组合构成无几何误差和无电离层延迟的新组合.由于该组合只受随机噪声的影响,通过对多历元浮点模糊度平均值舍入取整即可准确地固定中长基线的窄巷模糊度.最后基于GPS双频观测数据生成的三频数据,验证了本文观点的正确性和新算法的有效性.     

附有基线长度约束的模糊度快速解算方法

在超短基线数据处理中,基线长度可以通过钢尺精确测量,把基线长度作为约束条件,提出了一种附有基线长度约束的快速解算模糊度的搜索新方法.根据双差观测方程得出模糊度浮点解,在浮点解周围建立模糊度搜索空间,利用基线长度约束条件搜索模糊度整数解,进而快速确定基线解.通过一个算例展示该方法的效果.     

基于不同模糊度分解方法的GPS导航卫星定轨研究

介绍了利用准电离层（QIF）方法和MW（Melbourne—Wubbena）方法进行模糊度固定的原理,在得到的卫星轨道浮点解的基础上,用两种方法分别进行了模糊度的固定。并分析了两种方法对于不同长度基线的模糊度固定成功率。结果显示：在固定模糊度的成功率上,Mw方法优于QIF方法,在基线长度为1000~4000km时,两种方法都保持着较高的模糊度固定成功率。     

顾及历元间坐标差信息的GPS模糊度快速固定改进方法

单频全球定位系统模糊度在航解算过程中存在法方程病态的问题,利用历元间坐标差信息可以在一定程度上削弱法方程的病态性,提高模糊度浮点解的精度和模糊度收敛速度。为进一步提高历元间坐标差法固定模糊度的效率,提出了一种改进的历元间坐标差方法,该方法对历元间坐标差虚拟观测误差方程进行了重构,并给出了新的虚拟观测值方差阵。实验结果表明,新方法较之以往的历元间坐标差方法具有更优的稳定性和效率。     

北斗星上多径对宽巷模糊度解算的影响分析

通过引入北斗星上多径参数,量化了北斗星上多径对宽巷模糊度解算的影响;从理论上分析了该影响量在非差、单差和双差条件下的特性,并采用零基线、短基线和长基线3组实测数据进行了分析与验证。结果表明:星上多径对非差宽巷模糊度估值的影响在三类卫星上表现出不同的特性,在MEO卫星上最大,可达1周;星间单差无法消除星上多径偏差影响,进而PPP宽巷模糊度的解算将受到影响;星上多径不会对零基线双差宽巷模糊度解算造成影响,对短基线双差宽巷模糊度解算的影响也可忽略,但长基线双差宽巷模糊度解算则受严重影响;星上多径会导致长基线双差宽巷模糊度平滑收敛缓慢,经改正后模糊度固定成功率能够显著提高,单历元取整成功率从52.7%提升到61.4%,平滑20个历元模糊度固定成功率即可从68.4%提升到95.5%。     

小波分析在单频GPS快速精密定位中的应用研究

单频GPS快速定位方程是严重病态的,应用最小二乘原理得到的模糊度浮点解大大偏离其准确值,应用LAMBDA方法难以正确地固定模糊度。本文将GPS载波相位双差观测量在不同的小波空间和尺度空间进行分解和重构,去除高频测量噪声,可减小测量噪声对GPS快速定位中病态方程解的影响,提高模糊度浮点解的精度,缩小模糊度搜索空间。实验表明,对于GPS短基线,仅利用1min左右的单频载波观测数据,经过基于haar、db4、coif4和sym4小波的5尺度小波变换后,可获得较准确的模糊度浮点解,应用LAMBDA法可正确地固定模糊度,达到厘米级定位精度。     

一种顾及电离层延迟信息的长基线北斗三频模糊度解算方法

北斗卫星导航系统播发3个频点的导航信号,有利于载波相位模糊度解算。鉴于传统的三频模糊度解算方法由于受基线距离的限制难以在中长基线情形下可靠地固定模糊度,本文提出一种适用于北斗卫星系统中长基线模糊度固定的新方法。实验结果表明,改进的新算法不受基线长度的约束,在保证超宽巷、宽巷模糊度正确固定的同时,宽巷模糊度估值误差在0.3周以内;窄巷模糊度估值误差在3周以内。相比于传统算法,新方法的改进效果较好。     

一种机载GNSS高精度定位算法

提出部分模糊度固定的加权电离层模型提高大范围全球卫星导航系统(GNSS)航空定位的精度、可靠性及连续性.该方法的主要思路包括:自适应调整大气扰动等误差影响以实现短基线与长基线两类解算模式之间的灵活切换;施加虚拟电离层观测约束信息,提高基线动态定位的浮点解精度;采用部分模糊度固定方法有效挖掘若干模糊度参数的整周约束.试验表明,提出的方法可提高模糊固定效率与定位精度,克服传统方法有效观测信息利用率不足、定位精度较差、可靠性不高以及连续性较差的问题.实验结果表明,部分模糊度固定算法可在2 min内固定95%以上宽巷模糊度解算与80%以上窄巷模糊度,约20 min后可固定所有模糊度.     

分步组合部分模糊度固定法在中短基线中的应用

针对模糊度的固定率不高的问题,该文研究了一种分步式组合部分模糊度固定方法。首先,通过信噪比、高度角以及卫星连续追踪的历元数筛选可固定的模糊度;然后,采用LAMBDA方法对其进行固定,如果固定失败则依据卫星的连续跟踪数、模糊度浮点解方差以及浮点解相位残差选择模糊度最优子集重新搜索固定;最后,在Ratio检验的基础上,增加模糊度历史信息检验。采用自主编制的软件对低纬度地区静态与动态中短基线双频GPS/BDS/GLONASS实测数据进行处理,结果表明:采用本文研究的方法能够一定程度上控制未收敛的模糊度影响,提高模糊度固定成功率,同时尽可能的保证了模糊度固定的可靠性。     

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。     

一种单频单历元BDS／GPS组合整周模糊度解算方法

针对单频单历元组合载波相位差分技术(RTK)定位过程中存在的秩亏及模糊度解算病态等问题,提出了一种模糊度降相关的新方法。该方法引入伪距观测值进行辅助解算。首先采用经验分权法对伪距与载波相位观测值分配权重,并通过加权最小二乘法获得整周模糊度浮点解及协方差。然后通过对整周模糊度浮点解的方差-协方差矩阵进行降序排列和剔除病态模糊度。最后利用修正后的浮点解迭代搜索模糊度的整数解。试验结果表明而且可以起到良好的模糊度降相关的效果定位。      

模糊度固定的北斗卫星多系统融合精密轨道确定

利用全球分布的IGS和MGEX站多模观测数据,研究了北斗卫星多系统融合双差动力学精密定轨方法,提出了适应北斗系统的双差模糊度固定策略。结合实测数据,对比了单系统与多系统融合、模糊度固定解与浮点解的定轨效果。结果表明：相比单系统定轨,多系统融合定轨能有效改进IGSO和MEO卫星轨道精度,但对于GEO卫星,多系统融合定轨并无优势;利用改进的模糊度固定策略对IGSO和MEO卫星双差模糊度进行固定,有效提高了长基线模糊度固定率,整体固定成功率由40%提高到60%以上;模糊度固定对定轨精度改进作用明显,IGSO和MEO卫星三维定轨精度分别提高了48%和36%,达到0.048 m和0.066 m。     

卫星钟差解算及其星间单差模糊度固定

整数相位模糊度解算可以显著提高GNSS精密单点定位（PPP）的精度。本文提出一种解算卫星钟差的方法,通过固定星间单差模糊度恢复出能够支持单台接收机进行整数模糊度解算的卫星钟差,即所谓的“整数”钟差。为了实现星间单差模糊度固定,分别通过卫星端宽巷FCB解算和模糊度基准的选择与固定恢复出宽巷和窄巷模糊度的整数性质。为了证明本文方法的可行性,采用IGS测站的GPS数据进行卫星钟差解算试验。结果表明,在解算钟差时,星间单差模糊度固定的平均成功率为73%。得到的卫星钟差与IGS最终钟差产品相比,平均的RMS和STD分别为0.170和0.012 ns。448个IGS测站的星间单差宽巷和窄巷模糊度小数部分的分布表明本文得到的卫星钟差和FCB产品具备支持PPP用户进行模糊度固定的能力。基于以上产品开展了模拟动态PPP定位试验,结果表明模糊度固定之后,N、E、U和3D的定位精度（RMS）分别达到0.009、0.010、0.023和0.027 m,与不固定模糊度或采用IGS钟差的结果相比,分别提高了30.8%、61.5%、23.3%和37.2%。