多系统GNSS实时数据质量分析及软件实现

发布时间：2017-05-12 00:05

  本文关键词：多系统GNSS实时数据质量分析及软件实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国北斗系统的运行,Galileo等建设推进和GPS/GLONASS的完善提升,卫星导航已进入多系统并存的崭新时代,多模多频观测信息为提升定位的精度、可靠性、时效性和连续性提供了新的技术条件；原始观测数据作为GNSS定位最主要的数据源,对其进行实时解码与质量分析,是多系统网络RTK和实时PPP等技术实现的前提和基础。而目前的GNSS数据解码和质量分析软件存在较明显的技术局限性,主要体现在：无法处理实时数据流,不支持BDS数据,电文格式向上兼容性较弱,且操作复杂、界面不够友好直观。本文针对BDS兼容GPS/GLONASS的观测数据流,开展观测电文在线解析、数据质量实时分析和评价方法的研究,并开发了多系统GNSS实时数据质量分析软件。本文主要的研究内容如下：(1) 系统介绍了主流的GNSS原始数据流电文格式的内容、格式及应用,分析每种数据格式中观测数据、导航数据及各种辅助信息的组织结构,研究电文解析方法,并给出具体的解析逻辑流程图,实现对主流电文格式的兼容,即多系统原始GNSS数据流的实时解析。重点研究了最新的差分电文RTCM3.2版本的多系统统一编码电文MSM(Multiple Signal Message)的结构和特点,针对电文结构中卫星信号标志量设计思想及观测数据分割原理提出相应的解析方法,实现电文各字段的完整提取,并通过实测数据验证解析结果的正确性。(2) 研究了多系统GNSS数据质量分析的指标和方法。从环境影响、接收机性能、数据丢失率等方面分析了多路径效应、卫星信号的信噪比、观测数据的完整性等相关的主要指标。研究了多路径效应的计算方法,通过数据分析证明多系统融合能够明显削弱多路径效应对定位结果的影响；通过比较不同测站以及相同测站不同系统的观测值信噪比,分析接收机设备对观测噪声的抑制能力以及各导航系统的观测数据质量；对反映历元和观测数据丢失情况的数据完整性指标进行阐述和分析。在分析观测数据本身质量内容之外,研究了反映多系统星站观测结构的PDOP值的意义和计算方法,比较了多系统与单系统的可见卫星数和PDOP值,数据表明多系统融合能够明显改善星站观测结构,有利于提高复杂环境下高精度定位的可靠性。(3) 开发了多系统GNSS实时数据质量分析软件。设计了软件的各个主要组成部分的功能,详细阐述了各部分之间的协同工作流程和线程间数据通信的方式。通过本地串口通信和网络TCP通信方式实现本地接收设备和远程基站设备的原始GNSS数据流的实时接入；采用TeeChart绘图控件绘制数据解析和质量分析结果并进行实时显示；对不同电文格式数据进行测试分析,对生成的结果文件进行统计得到各时段数据的质量结果,验证了软件对原始电文格式的兼容性和数据质量分析结果的可靠性。
【关键词】：数据质量分析 GNSS电文解码 RTCM3.2 PDOP 多路径
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN967.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 研究背景和意义8-10
• 1.1.1 GNSS发展现状8
• 1.1.2 GNSS数据流格式8-9
• 1.1.3 GNSS数据质量分析9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 GNSS电文格式的发展及应用10-12
• 1.2.2 多系统GNSS数据质量分析软件12-14
• 1.3 本文的主要研究内容及安排14-16
• 第二章 多系统原始GNSS数据流解析16-30
• 2.1 主流GNSS信息电文格式介绍及解码方法16-25
• 2.1.1 BINEX(Binary Exchange)16-18
• 2.1.2 OEM4原始二进格式18-19
• 2.1.3 RT27(Record Type 27,Trimble)19-21
• 2.1.4 RTCM差分电文格式标准21-23
• 2.1.5 CMR(Compact Measuerment Record)差分电文格式23-25
• 2.2 RINEX标准格式及其应用25-28
• 2.2.1 RINEX2.10版本25-26
• 2.2.2 RINEX3.02版本26-27
• 2.2.3 RINEX文件的生成27-28
• 2.3 本章小结28-30
• 第三章 多系统GNSS电文(RTCMv3.2)解码30-40
• 3.1 MSM数据组织原理分析及格式介绍30-34
• 3.1.1 观测量分割原理30-31
• 3.1.2 卫星信号排列方法31-33
• 3.1.3 观测数据块排列方法33-34
• 3.2 MSM电文解码方法研究及验证34-39
• 3.2.1 MSM电文解码方法研究34-36
• 3.2.2 MSM电文解码结果验证36-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第四章 多系统GNSS实时数据质量分析方法40-56
• 4.1 GNSS基本观测量40
• 4.2 GNSS测量的误差来源40-42
• 4.2.1 与卫星有关的误差41
• 4.2.2 与信号传播有关的误差41-42
• 4.2.3 与接收机有关的误差42
• 4.3 数据质量指标及分析方法42-54
• 4.3.1 多路径效应分析42-44
• 4.3.2 GNSS组合导航系统PDOP值分析44-51
• 4.3.3 数据完整性统计51-52
• 4.3.4 GNSS卫星信噪比52-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 软件设计及实现56-64
• 5.1 软件开发目标与原则56
• 5.2 软件整体设计56-57
• 5.3 实时数据通讯设计及实现57-60
• 5.4 数据质量分析结果实时显示60-61
• 5.5 结果输出文件格式61-62
• 5.6 数据测试及验证62-63
• 5.7 本章小结63-64
• 第六章 总结与展望64-66
• 6.1 主要工作与结论64-65
• 6.2 研究展望65-66
• 致谢66-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文与取得的学术成果72

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