基于北斗多频的单历元基线定位方法

随着北斗三号卫星导航系统完成全球组网并正式开通,我国成为世界上第三个独立拥有全球卫星导航系统的国家,北斗卫星定位精度和可靠性进一步提升。目前北斗二号卫星可播发三频观测信号,北斗三号卫星可播发五频观测信号,研究多频组合定位对于实现模糊度快速固定、提高定位精度具有重要意义。文中分别给出北斗二号三频和北斗三号四频观测值的线性组合,并将其视为不同的卫星系统进行融合定位,最后分析短基线条件下的定位精度。结果表明本方法能够实现短基线模糊度单历元固定,定位精度可达cm级。     

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。     

基于北斗三频的短基线单历元模糊度固定

采用三频观测值能组成更多波长更长、噪声较小的观测值;通过依次固定超宽巷、宽巷、窄巷模糊度,可以实现模糊度的快速固定。目前以TCAR、CIR为代表的方法均是基于无几何模型的方法,通过伪距直接求解相位模糊度;由于不同卫星模糊度各自单独求解,没有综合利用所有卫星的观测值信息。基于有几何模型,使用LAMBDA方法进行逐级模糊度固定,依次固定超宽巷、两个宽巷、两个无电离层组合窄巷模糊度,最后使用模糊度固定的两个无电离层组合进行最终基线解算。北斗实测数据验证表明,针对10km的短基线数据,采用本文方法可以实现100%的单历元模糊度固定的成功率。     

北斗系统短基线解算数据处理方法

北斗卫星导航系统基线解算和高精度定位中的关键问题是整周模糊度解算。针对北斗系统的相对定位问题,该文利用B1、B2载波相位观测值组成宽巷双差观测值,利用搜索算法固定宽巷双差整周模糊度,建立宽巷及B1、B2的双差观测方程,并利用搜索算法固定B1的整周模糊度,进而固定B2的整周模糊度。以武汉大学PANDA软件处理结果作为参考值处理16km以下的四段基线进行算法的试验检验,结果表明,四段基线在E方向、N方向、U方向的精度分别为1.5cm、2.0cm、5.0cm,验证了利用宽巷组合观测值进行北斗系统基线解算是可行的,其精度和GPS系统相当。     

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。     

北斗短基线三频实测数据单历元模糊度固定

基于北斗实测三频数据,通过分析比较选取了三组线性独立的超宽巷组合,采用无几何模式(geometry-free)和几何模式(geometry-based)相结合的方法对其进行单历元模糊度固定,然后恢复各频率上的原始模糊度,最后进行定位解算。实验结果表明,对于短基线,组合系数的合理选取是模糊度成功固定的关键;在选用合适(长波长、弱电离层、低噪声)的组合时,对于静态和动态短基线,其原始载波模糊度单历元固定成功率分别为99.75%和95.08%,从而可以避开传统解算中周跳探测等复杂的数据预处理过程,单历元取得cm级定位精度。     

基于北斗三频的短基线单历元模糊度固定

整周模糊度固定是GNSS高精度动态定位的关键问题,为研究GPS/BDS（北斗卫星导航系统）组合定位对短基线模糊度搜索效率和固定成功率的提高效果,利用基于模糊度方差-协方差阵特征值平方根的模糊度搜索空间对比方法分别对短基线条件下GPS单系统、BDS单系统和GPS/BDS组合系统下的模糊度搜索空间进行对比分析。实验数据表明：GPS/BDS组合定位对各单系统的方差-协方差阵均有影响,从整体上可以缩小GPS和BDS单系统的模糊度搜索空间。最后对模糊度固定成功率进行了统计,结果表明,在单、双频条件下组合系统均可显著提高模糊度固定成功率和搜索效率。     

基于北斗短报文的低成本远海伪距差分定位方法

受通信距离限制,伪距差分定位技术多用于有无线通信网络的陆地地区或近海区域,在远海区域目前基本无法实现伪距差分。本文基于北斗短报文提出了空间相对定位技术与时间基线法相结合的新方法,实现了远海伪距差分定位技术,并探讨了伪距改正数据的简化和编码方法。根据实测海洋数据,测试了流动站距离参考站约1700 km的伪距差分定位性能。试验结果表明,其水平方向定位误差基本小于1 m;竖直方向基本小于2 m。由于北斗短报文的年通信费用目前仅约800元,因此本文方法可满足远海低成本伪距差分定位的需求。     

基于车载移动测量的GNSS定位方法

针对车载移动测量需要高频高精度的动态差分定位解算的问题,文中介绍利用GPS、北斗、GLONASS三个卫星导航系统进行载波相位动态差分的解算方法。首先利用双频观测值组成双差宽巷观测方程,利用M-W组合求出较高精度的宽巷模糊度浮点解,然后对宽巷模糊度进行搜索固定;接着对载波双差的基础模糊度进行搜索固定;最后将固定的模糊度代入载波相位双差观测方程,利用最小二乘求解测站坐标。文中使用该方法对车载GNSS实测数据进行解算,最终可得到厘米级别的定位结果。     

北斗三号短基线四频组合定位方法研究

北斗三号全球卫星导航系统现已提供4个频率以上的观测数据,支持多频组合定位理论和方法的研究。基于此,文中提出一种短基线下的北斗四频组合定位解算方法,利用北斗B1I,B3I,B1C,B2a 4个频率的观测数据两两组合形成独立不相关的窄巷观测值联立,以位置参数和双差模糊度组成状态向量,结合卡尔曼滤波估计进行定位解算。基于该方法,文中针对两组不同长度的短基线进行测试,结果显示：在17 m短基线中,该方法平面精度优于2 mm,高程方向精度优于4 mm;在3 km的短基线中,平面精度优于4.5 mm,高程精度优于6 mm。测试结果表明,在短基线情况下,该方法的定位精度相较于北斗单频及三频方法在平面和高程方向均有不同程度的提高。     

BDS实时动态相对定位卡尔曼滤波算法

为了实现BDS实时动态高精度相对定位, 本文提出了一种适用于单频或双频动态定位的卡尔曼滤波算法, 并对GEO和IGSO卫星残差特性进行了分析。该算法将位置参数和整周模糊度参数作为状态向量进行滤波估计, 滤波过程中将单点定位结果作为位置参数的一步预测值。通过实测数据验证, 单频相位B1相对定位E方向优于1.2 cm, N方向优于3 cm, U方向优于5.3 cm, 双频B1和B2相对定位E方向优于1.0 cm, N方向优于2.6 cm, U方向优于4.5 cm;GEO卫星相位差分残差值比较平稳, 频率间存在系统性偏差, 而IGSO卫星残差与高度角相关, 低高度角时差分残差较大。     

北斗单历元基线解算与恒星日滤波算法

对单历元相对定位解算方法进行了研究,编制了相应的北斗数据处理软件,对两条1km以内的短基线数据进行了测试.根据基线解算结果提取了测站的多路径误差时间序列,并通过最大相关性分析确定了多路径误差的周期,在此基础上提出了适用于北斗系统的恒星日滤波算法.     

基于北斗的高精度测量接收机在位移监测中的应用研究

主要研究了北斗高精度测量接收机的设计方案,分析了其在位移监测领域的应用优势。北斗高精度GNSS测量接收机的应用使国家重点行业尤其是关系国家安全的特殊行业逐渐摆脱以 GPS 为首要定位和授时手段的应用需求,满足了市场对自主知识产权卫星导航高精度监测模块的需求,市场前景非常广阔。     

一种联合多历元观测信息的GPS/BDS组合单点定位方法

在GPS/BDS组合单点定位中,定位精度受观测信息量影响很大,但观测时段中不可避免地会有个别历元观测信息过少,导致这些历元的定位精度很差。基于此,本文提出了一种联合多历元观测信息的GPS/BDS组合单点定位方法,以弥补单历元方法中单个历元观测信息量不足的缺点。利用开阔环境和遮挡环境下的观测数据进行分析,结果表明,在GPS单系统、北斗单系统及GPS/BDS组合系统单点定位中,多历元方法的定位精度均优于单历元方法。     

基于加权奇偶矢量的伪卫星辅助北斗定位完好性监测算法

伪卫星能够为导航星座提供额外的观测信号,利用冗余观测量将帮助用户自主完成故障的检测与识别,在部分卫星星座几何分布不良的情况下,仍能获得基本的导航服务。本文针对伪卫星参与定位下的接收机自主完好性问题展开了研究,分析了伪卫星辅助北斗定位模式下的完好性监测算法,给出了相应的故障检测识别算法及用户误差保护级计算方法,分析了相应配置下的算法性能,有效降低了故障检测概率和系统完好性保护级xPL。     

北斗卫星导航系统精密轨道确定方法研究

正北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统。作为后起建设的卫星导航系统,北斗卫星精密定轨方法的研究尚处于起步阶段,理论方法还不完善,定轨精度也还有较大的提升空间。有鉴于此,论文围绕精密轨道确定核心问题展开研究,从单系统精密定轨、多系统融合精密定轨、精密定轨后处理、LEO辅助北斗卫星精密定轨以及实时轨道确定等方面对北斗卫星精密定轨方法进行了系统研究,论文的主要贡献总结如下:     

一种北斗卫星差分码偏差估计方法

卫星码偏差会降低卫星测量精度,因此本文就北斗卫星差分码偏差估计进行了研究和验证。首先将电离层作为一个单层,采用球谐函数来参数化电离层TEC值,然后利用最小二乘估算了北斗卫星的码偏差,根据北斗系统2014年4月1-29日间的实测数据计算了14颗北斗卫星的码偏差,最后将计算结果与IGS发布的码偏差参考值进行了对比分析。结果显示误差值在0~2 ns之间,符合度极高,从而验证了该估计方法的有效性。     

BeiDou B2/Galileo E5b短基线紧组合相对定位模型及性能评估

随着GPS和GLONASS系统的现代化以及Galileo和BeiDou卫星导航系统的建设,GNSS正朝多频多系统的方向发展。本文对BeiDou B2/Galileo E5b短基线紧组合相对定位的模型与算法进行了研究,详细推导了BeiDou B2/Galileo E5b短基线紧组合相对定位的模型与算法,并对其定位性能进行了分析。重点分析了BeiDou B2与Galileo E5b频点的接收机间差分系统间偏差的长期稳定性,结果表明:基线两端的接收机类型(包括固件版本)相同时,差分系统间偏差接近于0;基线两端的接收机类型不同时,差分系统间偏差较大,但具有长期稳定性,因此能够事先标定并作为改正数用于后续的定位中。最后基于BeiDou B2/Galileo E5b单频单历元相对定位试验对系统间紧组合模型的定位效果进行了比较验证。结果表明,相对于传统的松组合模型,使用改正系统间偏差的紧组合模型能够显著提高模糊度固定的成功率,尤其是在遮挡比较严重、单系统可观测到的卫星数较少的情况下,模糊度固定成功率可以提高10%~25%。     

基于网格中心点虚拟参考站的伪距差分方法

传统网络伪距差分定位方法中,服务端播发多个基准站观测卫星的伪距改正数和坐标,流动站用户接收所有基准站伪距改正数后内插得到自身所需伪距改正数。为简化流动站算法、保护国家大地坐标安全,本文提出了基于网格中心点虚拟参考站的伪距差分方法,该方法是将经纬线网格的中心点作为虚拟参考站,将基准站的伪距改正数内插到该虚拟参考站上,播发各虚拟参考站坐标和伪距改正数,流动站通过单点定位确定所在网格,利用其中心点上参考站的伪距改正数进行差分定位。试验表明,该方法在静态与动态情况下平面与高程方向均能获得亚米级定位。     

北斗实时高精度定位服务系统研究

正北斗卫星导航系统独创性地实现了基本导航与广域差分融合一体的系统服务。经过多年的稳定运行,北斗服务性能指标已经完全达到了系统设计要求,在仅有10余颗区域星座的情况下实现了区域内与GPS等全球系统精度相当的服务。本文针对北斗实时高精密定位服务系统的相关技术进行了研究。论文的研究内容成果主要包括以下几方面: