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城市环境低成本精密单点定位研究

董鑫媛  
【摘要】:全球导航卫星系统(GNSS)是实现城市精准位置服务的关键手段。精密单点定位技术(Pecise Point Positioning,简称PPP)由于其不受基站限制,在高精度定位中受到越来越多的关注。传统PPP定位多基于测量型GNSS接收机实现,未来低成本设备将在GNSS市场占绝对优势,同时低成本设备的不断革新也为低成本PPP定位的实现提供了可能,因此,研究低成本PPP定位对提升位置服务质量、助力智慧城市建设具有重要意义。低成本设备的应用场景多处于城市环境,而城市环境由于存在大范围的高密度区域,对GNSS卫星信号的传播造成了严重的干扰,由此造成的多路径误差严重影响了PPP定位精度。因此,本文在对PPP技术的基本原理与算法深入研究的基础上,使用未来在GNSS市场占主导的低成本接收机设备,围绕如何解决城市区域高精度定位中的多路径问题展开研究。主要工作如下:(1)将基于多路径空间重复性的多路径半天球模型(Multipath Hemispherical Map,MHM)由短基线共时钟模式扩展至PPP模式下,设计了基于MHM模型的PPP多路径修正算法流程,并基于城市环境分别使用Trimble BD982和u-blox两种类型的接收机对可行性进行了验证。实验结果表明该方法在测量型和低成本接收机中均适用,分别实现了E、N、U三个方向上(5.964%,25.933%,5.370%)及(42.383%,13.910%,26.137%)的改进效果;此外在收敛速度方面,MHM改正后的定位结果较原始方法收敛速度加快。(2)将基于新息向量的抗差卡尔曼滤波用于低成本PPP的多路径误差抑制中,并实现了城市环境下的应用。实验过程中,首先对随机模型进行选优,采用高度角模型与载噪比和高度角耦合模型进行对比实验,实验结果表明:高度角随机模型在城市环境下的低成本PPP中表现略优。随后在高度角随机模型的实验基础上加入基于新息向量的抗差卡尔曼滤波方法,分别设计了基于城市环境的静态和动态实验。实验结果表明:静态模式下,抗差模型在E、N、U方向上的RMS较原始结果分别减少19.325%、36.766%、44.110%,而收敛速度方面也有一定的提升;动态模式下,抗差模型在遮挡区域时可以削弱观测环境异常造成的影响,从而得到更准确稳定的位置信息。


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