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嵌入式GPS精密单点定位技术研究

程良涛  
【摘要】:精密单点定位技术(Precise Point Positioning, PPP)是标准单点定位和广域差分技术的统一,通过精密卫星轨道和钟差改正信息,单台双频接收机就可实现全球ITRF框架下任何位置高精度定位。该项技术可改变依靠双差模式才能获取高精度位置信息的现状,摆脱地面基准站相对定位带来的区域限制,是未来GNSS高精度定位技术发展的趋势。目前PPP主要基于PC端实现事后解算或采用静态模拟动态的技术模式,在实时性、动态性方面难以满足实际工程应用的需求。本文基于便携式平台研究嵌入式精密单点定位技术,主要研究工作如下:面向嵌入式资源环境,重点分析了无电离层模型和UofC半和模型效率及复杂度,指出了两个模型对于电离层扰动的敏感特性,形成了嵌入式PPP模型确定依据。在三类误差综合分析的基础上,提出了误差改正与处理策略。开发了基于ARM的多功能一体化嵌入式硬件平台。综合考虑嵌入式PPP的实时性、稳定性、成本等多方面需求,确定了处理器选型。研究了各个模块的工作原理和电路设计,重点分析了系统电源模块和以太网模块,研究了电源功耗需求等主要指标,对其性能进行仿真分析,通过对比实验验证了网络传输无时延较长或丢包现象。该平台满足嵌入式PPP硬件资源需求。开发了嵌入式实时PPP软件。通过Ntrip协议获取IGS改正产品,并研究改正产品和实时观测数据的电文解码技术,解码结果与第三方软件事后解码进行分析比较,验证了解码的正确性。研究了利用M-W组合进行卫星数据质量控制方法,利用人为处理数据进行事后验证,对周跳全部予以探测,验证了该方法的可行性。分析了采用Kalman滤波进行PPP定位的参数估计原理。最后,进行了实验验证分析。研究使用TEQC和RTKLIB软件从不同角度分析卫星原始数据质量,结果表明该接收机具有高质量观测数据,为PPP提供可靠数据源;研究了加入改正产品后的卫星轨道和钟差精度,轨道在径、切、法三个方向达到5cm左右,部分卫星会稍高达到分米级,卫星钟差达到0.25ns,基本满足PPP定位需求;研究了PPP定位精度和收敛时间,通过多组实验验证分析:单天接入不同改正产品、多天接入相同改正产品、多天接入多个改正产品,实验表明,各组实验精度相当,N、E、U三方向均低于0.5m,其平均精度统计结果分别为0.19m、0.20m、0.26m,定位精度可达到分米至亚分米级,平均收敛时间为1.3h,结果和目前已知嵌入式终端产品精度相当。


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