利用半参数模型提高含有多路径误差的基线的解算精度

发布时间：2020-05-31 20:58

【摘要】：高精度的卫星导航定位往往可以使用双差法来减弱或是消除观测数据中的大部分误差。然而,因为参考站和流动站之间观测环境不同,即使对于短基线而言,双差法也无法削弱卫星观测数据因多路径效应而产生的误差,甚至可能放大其对基线解算的影响。伪距和载波相位中的多路径误差会降低模糊度浮点解的精度,干扰整周模糊度固定,加大向量结果偏差等等。为了解决这些问题,本文提出利用半参数回归模型削弱多路径误差,提高基线向量的解算精度。实验结果表明,与普通最小二乘法相比,在静态基线解算和单历元基线解算中应用半参数回归模型可以有效降低多路径效应的影响。本文的主要研究内容包括:1)数据采集。分析多路径误差的产生原理,据此设计测量实验,采集包含多路径误差的GNSS短基线观测数据。2)基于半参数回归模型的静态基线解算。采用最小二乘模型和半参数模型处理所采集的含差数据,通过对比残差分布与解算结果的精度,证明半参数模型的优越性。针对半参数模型的核心问题——寻找合适的正则化矩阵和正则化参数,本文尝试使用时间序列法确定正则化矩阵,使用曲线法、广义交叉核实法(GCV)和最小均方误差(MSE)法确定正则化参数并分析几种方法对于结果精度的影响。实验结果表明,在静态基线解算中,半参数模型可以有效减少多路径误差,并将坐标精度控制在毫米级。3)基于半参数回归模型的单历元基线解算。为避免法方程出现秩亏现象,本文组建P码伪距方程、宽巷载波相位观测方程和_1载波相位观测方程进行单历元基线解算,同时考虑到单历元模型仅依靠常规LAMBDA法固定整周模糊度的成功率较低,选择结合部分搜索法固定整周模糊度。在此基础上,模型所需的正则化组合由三种不同的方案确定。通过对比半参数模型与最小二乘模型的解算结果,可以证明半参数模型能够将大部分历元的精度控制在1.5cm及以下,更适于处理多路径误差。
【图文】：

流程图,内容,流程图,多路径误差

型对多路径误差的削弱作用奠定基础。章，首先介绍了实验数据和基线真值的采集方法，然后分别采用常规观测模型，配合 LAMBDA 算法固定整周模糊度对含差数据，通过对比二者的解算结果与真值之差，证明在静态基线解算中效削减的多路径误差。最后针对单历元基线解算验证半参数模到单个历元中观测数据较少，固定整周模糊度的难度较大，因此索法确定模糊度并与常规 LAMBDA 法进行成功率对比，验证析不同的正则化参数算法对半参数模型的影响，分别用曲线法法（GCV）、最小均方误差法（MSE）计算正则化参数并代入敛性和结果精度，最终证明：1.与常规算法相比，尽管参数数值削弱多路径误差；2.对于同一组实验数据，不同方法计算参数成率）有高低之分，基线解算结果精度亦有不同。章,归纳总结了本文的主要研究内容与相关成果，阐明了目前半人工寻找最优正则化矩阵和正则化参数组合，整体算法仍待后需要进一步深入研究的问题做出展望。

多路径效应

角越小差异越大，总体上不会超过厘米级。但是若天线位于绝对高程较高的位高山地带，三种模型计算的天顶方向的对流层延迟可能相差数十厘米，此时一萨斯塔莫宁模型结果为准。由于气象元素测定误差和模型误差会影响对流层延迟模型的准确性，若仅对流层延迟模型无法获得能满足精度要求的改正数，可以运用参数估计法对一步优化。它的原理是将对流层延迟改正模型求得的值视为近似值，将之作为参数待入最小二乘准则进行平差计算，从而求出精确的延迟误差。3）多路径误差GNSS 接收机所测得的伪距和相位，应当是卫星信号接收天线相位中心至卫射天线相位中心的距离，，即为直接波。但在实际测量中，一旦卫星信号受到附物体，如地面或者水面、建筑物、车辆、山脉、树林等的影响而发生反射，卫号将会发生能量衰减和相位延迟，导致反射波出现并被接收机接收。也就是说此环境下的 GNSS 接收机所接收的信号实际上是反射波与直接波的合成波，观测值偏离真值，产生所谓的多路径误差。这种由于多个路径的信号传播所引干涉时延效应就是多路径效应[30]。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P228.4

【参考文献】