面向城市复杂环境的3种多频多系统GNSS单点高精度定位方法及性能分析
发布时间：2020-12-30 18:55
城市智能交通、自动驾驶等对高精度动态定位的需求为分米级甚至厘米级,但在城市复杂环境下信号遮挡、衰减和多径频繁发生,GNSS定位的可用性和精度严重降低。本文充分利用现有可用的多频多系统GNSS（GPS/BDS/Galileo/QZSS）数据,采用最新提出的单历元PPP宽巷模糊度固定方法（PPP-WAR）,并与传统PPP方法和广域伪距增强精密定位方法进行对比试验,分析了这3种单点高精度定位方法在大都市高楼密布道路、小城镇狭窄道路和工业区开阔道路3种不同信号遮挡条件下的车载动态定位性能。结果表明,目前城市环境中的三频数据完整性高达94%以上,可满足基于多频GNSS单历元定位的需求。粗差阈值设定为3 m时,单历元PPP-WAR解在小城镇狭窄道路的水平定位误差RMS为0.41 m,达到了分米级定位精度,比广域伪距增强精密定位解和传统PPP解分别提高了53.9%和21.2%;3种方法在大都市高楼密布环境下的定位可用性均高于70%,在另外两种城市环境下的定位可用性均高于90%。粗差阈值0.5 m时,单历元PPP-WAR方法和传统PPP方法在小城镇狭窄道路环境中可用性依然可达～70%。单历元PPP-W...
【文章来源】：测绘学报. 2020年01期 北大核心
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
3种算法
图1 3种算法图2中黄线表示行车路线;红色实心矩形表示高架桥和隧道,并进行了文字标注;绿色点表示基准站(参考站)架设位置,用作短基线解算。各路线图中给出了关于行车实验时段的卫星数和PDOP值的子图,其中路线B的子图中标注了经过①、②和③号高架桥时的对应时刻。试验数据采用仿实时方式处理,设置了3种定位解算模式:传统PPP模式、广域伪距增强精密定位模式和单历元PPP-WAR模式。为了评估定位精度,将短基线相对定位的固定解坐标作为参考真值,3条路线的基准站和流动站的最远距离都不超过4 km,可以保证短基线相对定位的固定解占比在95%以上。试验采用Trimble NetR9接收机,接收GPS/BDS/Galileo/QZSS 4系统三频观测值,采样率为1 Hz,具体解算处理策略见表1。
从图3和表2可知,粗差阈值为3 m时,3种不同复杂程度的城市环境中,单历元PPP-WAR解和传统PPP解的定位精度均高于广域伪距增强精密定位解。行车环境中的地物干扰信号,导致定位结果出现不同程度的偏差,不同的环境复杂程度使定位结果呈现不同的精度水平。路线A由于环境遮挡严重,卫星信号频繁中断,因而传统PPP解的重收敛过程多,定位精度低于单历元PPP-WAR解。路线C卫星信号中断较少,传统PPP解几乎一直保持收敛状态,定位精度远高于广域伪距增强精密定位解和单历元PPP-WAR解。可见,将传统PPP解收敛后的结果一并统计,不能客观对比3种单点定位方式在不同城市环境下的定位性能。更合理的方式是统计传统PPP解的收敛和重收敛发生后一定时间内的时段。通过分析,选取30 s作为统计时段长度能够较准确地描述各种城市环境下传统PPP解性能以及更恰当地进行对比,因此下文分析中给出的传统PPP解性能指标(包括水平定位精度和定位可用性)均是对每条线路定位中收敛和重收敛发生后30 s的时段进行累加统计得到的结果。2.2.3 水平定位精度和定位可用性
【参考文献】：
期刊论文
[1]北斗三号系统进展及性能预测——试验验证数据分析[J]. 杨元喜,许扬胤,李金龙,杨诚. 中国科学:地球科学. 2018(05)
[2]北斗系统创新发展与前景预测[J]. 谭述森. 测绘学报. 2017(10)
[3]城市环境下BDS+GPS RTK+INS紧组合算法性能分析[J]. 李团,章红平,牛小骥,张全. 测绘通报. 2016(09)
[4]姿态模式切换期间QZSS卫星轨道及其钟差产品特性分析[J]. 周佩元,杜兰,方善传,路余,张中凯,李夫鹏. 测绘学报. 2016(03)
[5]北斗/GPS多频实时精密定位理论与算法[J]. 李金龙. 测绘学报. 2015(11)
[6]基于非差误差改正数的长距离单历元GNSS网络RTK算法研究[J]. 祝会忠. 测绘学报. 2015(01)
[7]基于北斗三频的短基线单历元模糊度固定[J]. 刘炎炎,叶世榕,江鹏,陈昊,黄志华,杜仲进. 武汉大学学报(信息科学版). 2015(02)
[8]函数极值法求解三频GNSS最优载波相位组合观测量[J]. 李金龙,杨元喜,何海波,徐君毅,郭海荣. 测绘学报. 2012(06)
[9]中长基线三频GNSS模糊度的快速算法[J]. 李博峰,沈云中,周泽波. 测绘学报. 2009(04)
博士论文
[1]第二代导航卫星系统多频数据处理理论及应用[D]. 伍岳.武汉大学 2005
本文编号：2948132
【文章来源】：测绘学报. 2020年01期 北大核心
【文章页数】：13 页
【部分图文】：
3种算法
图1 3种算法图2中黄线表示行车路线;红色实心矩形表示高架桥和隧道,并进行了文字标注;绿色点表示基准站(参考站)架设位置,用作短基线解算。各路线图中给出了关于行车实验时段的卫星数和PDOP值的子图,其中路线B的子图中标注了经过①、②和③号高架桥时的对应时刻。试验数据采用仿实时方式处理,设置了3种定位解算模式:传统PPP模式、广域伪距增强精密定位模式和单历元PPP-WAR模式。为了评估定位精度,将短基线相对定位的固定解坐标作为参考真值,3条路线的基准站和流动站的最远距离都不超过4 km,可以保证短基线相对定位的固定解占比在95%以上。试验采用Trimble NetR9接收机,接收GPS/BDS/Galileo/QZSS 4系统三频观测值,采样率为1 Hz,具体解算处理策略见表1。
从图3和表2可知,粗差阈值为3 m时,3种不同复杂程度的城市环境中,单历元PPP-WAR解和传统PPP解的定位精度均高于广域伪距增强精密定位解。行车环境中的地物干扰信号,导致定位结果出现不同程度的偏差,不同的环境复杂程度使定位结果呈现不同的精度水平。路线A由于环境遮挡严重,卫星信号频繁中断,因而传统PPP解的重收敛过程多,定位精度低于单历元PPP-WAR解。路线C卫星信号中断较少,传统PPP解几乎一直保持收敛状态,定位精度远高于广域伪距增强精密定位解和单历元PPP-WAR解。可见,将传统PPP解收敛后的结果一并统计,不能客观对比3种单点定位方式在不同城市环境下的定位性能。更合理的方式是统计传统PPP解的收敛和重收敛发生后一定时间内的时段。通过分析,选取30 s作为统计时段长度能够较准确地描述各种城市环境下传统PPP解性能以及更恰当地进行对比,因此下文分析中给出的传统PPP解性能指标(包括水平定位精度和定位可用性)均是对每条线路定位中收敛和重收敛发生后30 s的时段进行累加统计得到的结果。2.2.3 水平定位精度和定位可用性
【参考文献】：
期刊论文
[1]北斗三号系统进展及性能预测——试验验证数据分析[J]. 杨元喜,许扬胤,李金龙,杨诚. 中国科学:地球科学. 2018(05)
[2]北斗系统创新发展与前景预测[J]. 谭述森. 测绘学报. 2017(10)
[3]城市环境下BDS+GPS RTK+INS紧组合算法性能分析[J]. 李团,章红平,牛小骥,张全. 测绘通报. 2016(09)
[4]姿态模式切换期间QZSS卫星轨道及其钟差产品特性分析[J]. 周佩元,杜兰,方善传,路余,张中凯,李夫鹏. 测绘学报. 2016(03)
[5]北斗/GPS多频实时精密定位理论与算法[J]. 李金龙. 测绘学报. 2015(11)
[6]基于非差误差改正数的长距离单历元GNSS网络RTK算法研究[J]. 祝会忠. 测绘学报. 2015(01)
[7]基于北斗三频的短基线单历元模糊度固定[J]. 刘炎炎,叶世榕,江鹏,陈昊,黄志华,杜仲进. 武汉大学学报(信息科学版). 2015(02)
[8]函数极值法求解三频GNSS最优载波相位组合观测量[J]. 李金龙,杨元喜,何海波,徐君毅,郭海荣. 测绘学报. 2012(06)
[9]中长基线三频GNSS模糊度的快速算法[J]. 李博峰,沈云中,周泽波. 测绘学报. 2009(04)
博士论文
[1]第二代导航卫星系统多频数据处理理论及应用[D]. 伍岳.武汉大学 2005
本文编号：2948132
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