基于北斗增强的实时PPP及在矿山地表监测的研究

发布时间：2017-12-08 20:12

  本文关键词：基于北斗增强的实时PPP及在矿山地表监测的研究

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【摘要】：GNSS实时精密单点定位技术仅需单台GNSS接收机即可实现实时厘米级定位和分米级导航。该技术目前处于理论研究和测试阶段,尚未大范围或区域应用,在军事、工程、农业等领域有着广泛的应用前景和市场。论文围绕基于北斗增强的GPS+BDS实时精密单点定位技术展开研究,重点涵盖了精密单点定位误差改正模型、非差载波观测值周跳实时探测与修复、GPS+BDS精密轨道确定与预报、实时卫星钟差滤波解算、实时PPP抗差滤波模型、GPS+BDS多系统实时精密单点定位融合等方面,主要研究内容和成果如下:(1)研究了RT-PPP三类误差源特性和量级,及其误差改正模型或消除方法。与传统PPP不同的是,RT-PPP需特别考虑实时轨道、实时钟差、ERP和BDS PCO/PCV四种误差,尤其是后两者更容易被忽视。(2)分析了现有非消电离层组合周跳探测方法的本质和条件,即:电离层延迟必须保持稳定或缓慢变化。针对双频非差载波观测值提出了基于MW组合/电离层延迟法的周跳实时探测方法,该方法可被用于30s的低采样率非差观测数据。为保证周跳实时探测的成功率,可与其它组合观测值联合使用。同时,增大设置卫星截止高度角和提高电离层延迟预报精度,可以有效提高现有周跳方法的成功率。(3)针对三频非差载波观测值,提出了基于电离层延迟改正的伪距相位组合/无几何相位组合周跳实时探测与修复方法,三个组合观测值整体不存在不敏感周跳组合且线性不相关。同时,考虑电离层延迟对无几何相位组合精度的影响,以滑动开窗法对无几何相位组合观测值进行修正以减弱电离层延迟的影响。结果表明,可以实现对不同采样率和不同类型卫星的任意周跳组合的实时探测,且仅需对周跳估值最小二乘解四舍五入直接取整即可准确进行周跳修复,不需要复杂的搜索匹配过程。(4)研究了小数偏差模糊度固定的方法和策略,采用55个IGS/MGEX跟踪站进行精密轨道确定。结果表明,小数偏差法的模糊度固定方法可以较大提高卫星精密定轨的精度,GPS卫星提高了43%,BDS的GEO、IGSO和MEO卫星分别提高了32%、82%和54%;GPS定轨精度优于3cm,BDS的GEO优于3m,IGSO和MEO优于10cm。(5)研究了太阳光压模型对轨道确定和预报的影响,分别采用ECOM 5和ECOM 9参数光压模型对GPS和BDS进行轨道确定和预报分析。结果表明,针对GPS卫星轨道确定和预报,ECOM 9参数较ECOM 5参数模型有10%的提升;而北斗采用两种光压模型精度基本相当,也说明了ECOM光压模型用于BDS定轨的可行性。GPS预报6 h的轨道精度优于5cm,而北斗预报6 h的IGSO和MEO卫星轨道精度优于20cm,GEO卫星轨道精度优于3m。(6)针对观测量之间相关性的问题,改进完善了均方根信息滤波的质量控制模型,论证了抗差均方根信息滤波的抗差因子选取。模拟结果表明,改进方法可以对各种异常值组合进行合理取舍,并准确修复。同时,对81个IGS/MGEX跟踪站数据进行卫星实时钟差滤波解算和质量控制。结果表明,GPS实时卫星钟差精度优于0.2 ns,BDS优于0.3 ns。整体上达到了实现实时厘米级精密定位的卫星钟差精度要求。(7)针对精密单点定位载波和伪距观测量不等精度和相关性的特性,提出了采用基于残差向量的标准化残差双抗差因子Kalman滤波,可以有效地克服传统抗差算法对高精度观测量粗差不敏感的缺点,通过对残差向量降相关和迭代计算可以有效克服其相关性。结果表明,基于残差的等价权阵双抗差因子Kalman滤波质量控制模型,单个卫星粗差对位置参数影响小于1 mm,可以有效消除或减弱异常粗差对定位解的影响。(8)研究了GBM事后、CUM-U超快速和解算的实时精密产品分别采用GPS和GPS+BDS组合实时PPP的精度。结果表明:GBM事后、CUM-U超快速和实时精密产品若需得到10cm定位精度分别需要15-20min、40min和2-3h的收敛;若需得到平面优于2cm、高程优于5cm的定位精度分别需要1h、1.5-2h和4-5h的收敛;若需得到mm级的定位精度分别需要3-4h、4-5h和5-6h的收敛;同时,在GPS卫星足够多的情况下,单GPS和GPS+BDS组合收敛后定位精度基本相当,但GPS+BDS组合可以加快收敛速度。(9)对矿区观测条件较好的CORS站和遮挡区域的实测数据进行实时PPP解算。CORS站解算结果表明:采用本文方法和实时精密产品经过4-5h收敛后,可得到1cm甚至mm级的定位精度,可以满足矿山地表实时监测的精度要求。遮挡区域实测数据结果表明:在GPS卫星数较少的条件下,GPS+BDS可以较大地提高定位精度和收敛速度。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD325.4
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本文编号：1267683