多模GNSS基线解算方法研究与软件实现

发布时间：2020-05-14 19:01

【摘要】：随着GPS、GLONASS、BDS、Galileo全球四大卫星导航系统的不断发展与完善,特别是我国北斗三号卫星导航系统的顺利部署,多模GNSS数据处理方法及应用的研究逐渐成为卫星导航领域的热点。大量研究表明,综合利用多个GNSS信号,能有效提高定位的稳定性与可靠性,尤其是在山区、城市、峡谷等卫星信号遮挡严重的地区,因此研究多模GNSS相对定位理论并与基线解算软件开发相结合有着重要意义和实用价值。本文的主要内容和成果:(1)多模GNSS定位的基本模型与误差改正。对GNSS的时间系统和坐标系统进行对比分析并且实现四大系统的时空统一。详细介绍多模融合的函数模型随机模型,重点研究了高度角信噪比联合随机模型以及基于随机模型的验后方差估计定权法,实测数据表明该方法可以明显提高定位精度,虽然迭代次数平均增加了 1.5次,但是实现复杂度在可接受范围内。(2)多模GNSS双差基线解算模型的构建。分析了单差-双差和参考站-参考星的双差观测值构建方法及其不足之处,并与全局搜索法作对比,通过实验数据得出:相同数据下,以参考站-参考星所得双差观测值数量为基准,单差双差法所得双差观测值数量仅为参考站-参考星的95.6%,全局搜索法所得双差观测值数量为参考站-参考星的99.94%,再结合历元可用性得出全局搜索法整体最优的结论;研究了基线解算模型病态性以及对模糊度解算的影响,通过引入伪距观测方程显著降低模型的病态性,加快模糊度的收敛速度;研究了适用于短基线与中长基线的基线解算模型,实验结果表明:多模GNSS定位精度整体高于单系统;短基线四系统定位相对于单GPS在ENU方向定位精度分别提高了27.5%、28.1%、34.0%,中长基线四系统定位相对于单GPS在ENU方向定位精度分别提高了51.2%、47.8%、35.1%。(3)多模GNSS双差基线解算的影响因素研究。影响基线解算精度的因素有很多,除了各种误差影响因素和模糊度解算等因素以外,本文主要探讨了起算点坐标精度对基线解算的影响,GNSS网平差中基于坐标模式和基于基线模式的模式选择,引入IGS站数据增加的多余长基线对基线解算的影响研究。最后得出结论:初始坐标误差在3m以内时对基线解算没有影响,3～10m时影响为毫米级,达到40m时影响为厘米级,误差为100m时得出结果失去其可靠性;引入IGS站所增加的多余长基线对基线解算有影响,当已知点以A情况进行分布时,影响值的最大值达到5.7mm,平均值在1.2～2.1mm之间;以B情况进行分布时,影响值最大值达到9.4mm,平均值在3.0～5.3mm之间,差异比较明显,所以需要考虑引入IGS站数据对高精度基线解算的影响;对比A、B两种情况,从影响的最大值和平均值来看,B方案的差异明显较A方案差异大,此时还应该考虑已知点分布不同对基线解算的影响。(4)多模GNSS基线解算软件设计与开发。在本文的理论以及算法成果的基础上,基于Matlab开发一套多模GNSS基线解算软件(goGNSS)。利用零基线对比分析了 6种不同组合模式下伪距单点、伪距双差的定位性能,同时验证了本文建立的多模GNSS函数模型、随机模型的正确性,其次利用短基线、中长基线数据进行基线解算并与商业软件和GAMIT软件基线解算结果作对比,结果表明:自编软件解算精度与商业软件相当,基线解算向量在三个方向上与GAMIT的基线解算向量互差均小于1cm,从而验证软件编写的正确性。
【图文】：

服务；但是 2 颗 FOC 卫星由于运载火箭发生故障未能进入预定轨道[18]。欧洲导航卫星系统管理局（GSA）发布了关于 Galileo 系统的运行状态信息，明确表示上述 2 颗 FOC卫星为在轨试验卫星，尚无法提供导航服务，Galileo 卫星导航系统在一些频段上可以与BDS 以及 GPS 进行系统间的互操作[18-20]。图 1.1 为世界主要导航卫星系统的星座布局示意图，表 1.1 为主要导航系统的信号频率。GPS 星座轨道示意图 BDS 星座轨道示意图

为了比较联合模型与单独的信噪比模型、高度角模型、等权模型，进行以下实验分析：实验区域选择在西安科技大学男生宿舍 12 楼楼顶进行单点定位，使用海星达多模数据接收机采集数据，采样间隔为 5 秒，开机时间为 2018 年 11 月 10 日 9:45-13:45 共4 个小时的数据。为对比不同随机模型的定位效果，，再使用 RTKlib 软件进行精密单点定位，与所获得坐标值作对比。图 a、b、b、d 依次为等权、高度角、信噪比、联合高度角信噪比随机模型的最终定位图。a：等权模型最终定位图 b：高度角模型最终定位图
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P228.4

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 邱晓璐;刘根友;段鹏硕;王彬彬;沙文东;;BDS/GPS载波相位定位病态性对比分析[J];测绘科学;2015年07期

2 汪亮;李子申;袁洪;周凯;;BDS/GPS/GLONASS组合的双频单历元相对定位性能对比分析[J];科学通报;2015年09期

3 张明;刘晖;丁志刚;汤晟佳;范城城;;基于序贯平差的长距离基准站间模糊度快速固定[J];武汉大学学报(信息科学版);2015年03期

4 刘炎炎;叶世榕;江鹏;陈昊;黄志华;杜仲进;;基于北斗三频的短基线单历元模糊度固定[J];武汉大学学报(信息科学版);2015年02期

5 张晨晰;王潜心;党亚民;于志刚;;GPS/BDS组合系统相对定位模型和精度分析[J];测绘科学;2014年10期

6 尚梦云;高晖;常青;徐勇;吴佳鹏;张佳培;;GPS/GLONASS/BDS三系统组合定位的定权方法[J];太赫兹科学与电子信息学报;2014年03期

7 王世进;秘金钟;谷守周;祝会忠;;BDS/GPS组合相对定位方法及精度分析[J];测绘通报;2014年05期

8 王世进;秘金钟;李得海;祝会忠;;GPS/BDS的RTK定位算法研究[J];武汉大学学报(信息科学版);2014年05期

9 李鹤峰;党亚民;秘金钟;阳凡林;;BDS与GPS、GLONASS多模融合导航定位时空统一[J];大地测量与地球动力学;2013年04期

10 王江林;文述生;;GNSS多系统静态基线数据的统一处理方法[J];导航定位学报;2013年01期

相关博士学位论文 前1条

1 姚宜斌;GPS精密定位定轨后处理算法与实现[D];武汉大学;2004年

相关硕士学位论文 前5条

1 蔡南荆;多模GNSS导航定位信息处理系统研究与实现[D];电子科技大学;2017年

2 何仕群;基于坐标模式的全站仪数据与GPS向量网联合平差[D];西安科技大学;2016年

3 杨旭;GNSS多系统融合短基线解算方法研究与软件实现[D];安徽理工大学;2016年

4 黄令勇;GNSS多频数据处理理论与方法研究[D];解放军信息工程大学;2012年

5 李金龙;GNSS三频精密定位数据处理方法研究[D];解放军信息工程大学;2011年

本文编号：2663795