GNSS形变监测中系统误差的时空相关性研究

通过大量实测数据分析了系统误差的时空变化规律,论证了具有时空相关性的双差观测值系统误差残差的存在,实现了观测值的滤波及求差,提高了分离微小形变量的精度。     

云定位技术及云定位服务平台

传统的基于行业用户需求而建立的集中式高精度导航定位服务模式在可靠性、可扩展性以及服务多样性等方面已无法满足大众用户的精密定位需求。结合云平台技术,提出了云定位的概念,通过综合管理和整合各类定位资源,实现多种定位手段的资源共享、技术融合和优化配置。给出了云定位的架构图,并讨论了GNSS网络RTK,GNSS广域精密定位,Wi-Fi定位,通信基站定位等多种手段在定位云上的综合和服务实现。云定位在可扩展性、可靠性、系统维护成本以及用户使用灵活性等方面都具有传统的精密定位服务模式所无法比拟的优势;通过云定位,用户不仅可以获取各类精密定位服务,还能实现多种定位资源的优化配置,定制个性化的应用;为精密导航定位的大众化普及提供有效的商业模式和技术途径。     

北斗卫星伪距码偏差特性及其影响分析

在北斗导航卫星伪距码偏差特性分析的基础上,建立了倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）和中轨卫星（MEO）的伪距码偏差多项式改正模型;并利用星间单差宽巷小数周一致性,分析建立北斗地球同步轨道卫星（GEO）卫星伪距码偏差改正模型。采用武汉大学北斗试验网、中国陆态网络和MGEX网不同位置、不同类型接收机观测数据进行分析验证,结果表明,北斗卫星伪距码偏差特性与观测值频率、卫星类型相关,所有GEO和IGSO卫星变化规律相同,所有MEO卫星变化规律相同,与接收机类型、测站位置和观测时间无关,偏差值大小随卫星高度角变化,其变化规律稳定,可以采用建立的两类改正模型（GEO/IGSO和MEO）进行修正。通过偏差修正后的伪距无电离层组合的残差、双频SPP以及单频PPP三个方面验证了伪距码偏差改正模型的正确性。     

QZSS系统在中国区域增强服务性能评估与分析

日本准天顶卫星系统(QZSS)是区域性辅助与区域增强一体的导航系统,覆盖区域为日本及周边区域,包括我国部分区域,该系统采用IGSO卫星播发L1-SAIF与LEX两类增强信息,可以提供我国部分区域用户的高精度定位。本文从可用性、空间信号精度、用户动态精密单点定位几个方面对QZSS两类增强信号在中国区域的性能进行较为全面的评估,并采用QZS-1卫星实测数据进行实验,结果表明,以20°为截止高度角,中国大部分区域,尤其是东部沿海地区一天之内80%的时段可连续观测QZSS卫星;L1-SAIF差分增强信息可实现与目前WAAS相当的精度,URE约0.56 m,满足1 m左右的精密单点定位,平面精度优于1 m;与L1-SAIF相比,LEX精度更高,轨道与钟差精度可达dm级,URE约0.4 m,可实现亚m级定位,平面0.2 m,高程0.5 m。     

多模数据融合的单频RTK算法研究与软件实现

收敛速度慢一直是限制精密单点定位（precise point positioning, PPP）发展的重要因素。研究表明,通过高精度电离层延迟改正,进而实现精密单点定位实时动态（PPP-real time kinematic,PPP-RTK）,可显著提升PPP的收敛速度。目前区域PPP-RTK中电离层主要采用单星多项式电离层模型（satellite-based ionospheric model with polynomial function,SIM_POLY）与单星电离层延迟反距离内插模型（satellite-based ionospheric model with inverse distance weight function,SIM_IDW）进行建模。为了检验上述两种模型在不同纬度的建模精度,对中国广东、湖北及河北3个省上空电离层延迟进行建模,并将其应用于单/双系统、浮点解及固定解中,分析其定位性能。实验结果表明,在低纬度区域,SIM_IDW模型表现略优于SIM_POLY模型,中高纬度区域则并无显著差异。浮点解PPP中,将SIM_IDW模型及SIM_POLY模型改正下的结果与无电离层组合PPP（ionosphere-free combination PPP, IFPPP）及欧洲定轨中心（Centre for Orbit Determination in Europe,CODE）的全球电离层格网（global ionospheric map,GIM）改正下的非差非组合结果进行比较,发现区域电离层模型改正下的PPP定位效果更好;与湖北省及广东省定位结果相比,河北省数据收敛速度最快,单GPS解算模式下采用SIM_IDW及SIM_POLY模型改正下的定位精度相较于IFPPP分别提升了43.7%和43.0%。固定解PPP中,河北省GPS+北斗解算模式下SIM_IDW、SIM_POLY模型改正下的PPP-RTK首个历元模糊度固定成功率分别可达86.09%和89.13%,且水平方向定位精度首个历元收敛至5 cm,高程方向定位精度1.5 min内收敛至10 cm;定位精度方面,在引入北斗系统之后,双系统PPP-RTK相较于单GPS有明显提升,河北省GPS+北斗解算模式下SIM_IDW、SIM_POLY模型改正下的PPP-RTK水平及三维定位精度分别为1.3 cm和3.5 cm。通过SIM_IDW及SIM_POLY模型建立区域电离层模型进而实现PPP-RTK,可以显著缩短PPP收敛时间,提高定位精度。     

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GNSS精密时频接收机时钟调控模型与参数设计方法

实时精密单点定位(real time precise point positioning,RT-PPP)技术可实现亚纳秒级、天稳定度达到1×10^-14量级的全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)单向授时。时钟调控直接影响输出时频信号的稳定度性能,但调控参数不合适时将破坏振荡器的短期稳定度。面向振荡器短期稳定度和RT-PPP长期稳定度最优组合,构建了RT-PPP时频接收机的锁相环时钟调控模型,分析了调控系统噪声,提出了一种二阶锁相环调控参数设计方法。利用RT-PPP时频接收机对所提出的调控模型和参数设计方法进行了实测验证,结果表明,利用所设计的时钟调控模型和参数,RT-PPP时频接收机的频率稳定度可达秒稳4.344 4×10^-12,天稳1.102 9×10^-14,在时间间隔小于300 s时与铷钟自由振荡稳定度基本一致,大于300 s时与RT-PPP稳定度基本一致,能很好地组合振荡器短期稳定度和RT-PPP长期稳定度优势。     

广域实时精密定位与时间服务系统

广域实时精密定位与时间服务已成为GNSS应用领域研究热点,目前国内外学者围绕其模型算法已展开大量的研究。本文重点论述广域实时精密定位与时间服务数据的处理方法和服务系统,给出了基于不同基准约束的卫星钟差解算数学模型,提出通过引入外接原子钟测站、标准时间源(UTC/BDT)等不同时间基准,构建卫星拟稳基准、外接原子钟跟踪站拟稳基准及标准时间源等约束下的钟差解算模型,分析了时间基准对精密单点定位和精密单点授时的影响。本文采用实时卫星轨道、钟差、相位偏差、电离层延迟等服务产品及跟踪站实时数据,验证了系统产品可靠性及终端定位与时间服务性能。实测结果表明:GPS轨道径向精度1.8 cm,钟差STD精度约0.05 ns;BDS-3轨道径向精度6.7 cm,钟差STD精度优于0.1 ns;GPS和BDS-2电离层改正精度分别为0.74 TECU与1.03 TECU。基于该产品实现了用户端PPP、PPP-RTK及PPT、PPT-RTK服务,满足了用户实时厘米级定位和优于0.5 ns的单站时间传递服务,当采用GPS+BDS-2 PPP-RTK解算时,平面收敛至5 cm约需要12 min。     

附加约束条件对GNSS/INS组合导航结果的影响分析

PPP-RTK(precise point positioning real time kinematic)是一种具有潜力的定位技术,它既避免了RTK(real time kinematic)覆盖范围受限的缺陷,又解决了PPP(precise point positioning)收敛速度慢的问题。但在城市复杂环境下,由于信号遮挡严重,PPP-RTK无法实现高精度连续定位。惯性导航(inertial navigation system,INS)和视觉导航能提供连续的定位信息,但存在误差漂移,由此提出多系统PPP-RTK/VIO(visual inertial odometry)半紧组合算法,并在武汉大学校园内采集车载数据进行验证。实验结果显示,多系统PPP-RTK/VIO半紧组合在定位表现上相比于GPS(global positioning system)+BDS(BeiDou navigation satellite system),PPP-RTK能带来超过30%的精度提升,达到平面0.58 m,高程1.12 m。多系统PPP-RTK/VIO半紧组合的测速和姿态估计性能也较好,测速精度在北向、东向和地向分别达到0.04 m/s、0.04 m/s和0.02 m/s,横滚角、俯仰角和航向角估计精度分别达到0.10°、0.06°和0.17°。     

雾定位及其应用研究

全球卫星导航系统（GNSS）的发展促进了基于位置服务(LBS)的迅速普及,人们对高可靠、高可信、高精度定位、导航、授时（PNT）服务需求日益迫切．PNT是一个融合多类技术、包括多级系统的体系架构．围绕PNT服务体系优化,国内外学者相继提出了全源导航定位(All source positioning and navigation)、弹性PNT(Resilient PNT)、云定位(Cloud Positioning)等新的架构和技术体系．本文提出以具备通信、计算、存储、定位、感知等能力的异构定位资源为基础设施,通过智能管理与调度分布在不同地理位置的异构定位资源实现用户高可靠、高可信、高精度的PNT信息服务．并由此给出了雾定位(Fog Positioning)与泛源导航定位(Omnipresent Positioning and Navigation)的定义,指出雾定位的定义由分布式计算架构演化而来,强调构成PNT服务体系的架构;而泛源导航定位的概念是从定位技术的发展演化而来,强调利用可获取的泛在导航定位数据源进行协同融合处理,实现泛在定位的能力．在此基础上,通过与云定位比较,指出雾定位是云定位向用户端的延伸,是定位资源的泛在化实现,同时雾是一种动态的、弹性的云,因此雾定位是一种具备“弹性”性能的PNT架构．而泛在定位是PNT信息服务发展重要目标,雾定位给出了实现这一目标的潜在手段,即泛源导航定位．最后,结合城市环境、室内环境等复杂场景,研究了雾定位／泛源导航定位的基本服务模式．