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北斗三频模糊度解算方法研究

王生朝  
【摘要】:北斗卫星导航系统正在以自主性、开放性、兼容性和渐进性为原则,按照“先实验、后区域、再全球”的总体方略,以“三步走”为具体实施方案稳步建设。作为首个播发三频数据的卫星导航系统,北斗导航卫星系统的多频体制不仅有利于削弱对流层和电离层延迟等误差的影响,而且三频数据利于模糊度的快速固定,缩短模糊度固定时间。研究北斗系统三频模糊度解算方法,对提高系统导航定位精度及可靠性,实时性有重要作用。本文主要针对北斗三频模糊度解算方法进行研究,主要内容包括Lambda算法相关研究,三频组合观测值理论研究和三频模糊度解算方法研究等。本文主要工作和成果概括如下:1.根据北斗系统数据特征,给出了北斗系统定位的非差观测模型、单差观测模型和双差观测模型以及相关误差改正。2.研究了Lambda算法的基本原理和解算过程,实验分析了Lambda算法固定北斗短基线三频模糊度的过程;针对模糊度降相关方法进行研究,首先详细分析了整数高斯算法和逆整乔勒斯基算法的降相关原理,并对逆整乔勒斯基算法进行升序改进,提出了升序LDL算法。最后根据高斯算法降相关程度低和升序LDL算法迭代次数过高的缺点,提出一种基于对角线预排序的模糊度降相关算法。应用模拟数据进行降相关实验,结果表明基于对角线预排序的模糊度降相关算法整体效果优于其余两种算法。3.针对三频组合观测值理论进行了研究,结合整数线性变换的数学知识重点研究了北斗三频最优组合观测值的选取。通过计算分析得出结论:北斗载波相位组合观测值中,具有较长波长和较小的电离层延迟误差的噪声最优的超宽巷、宽巷组合观测值的组合系数之和为0;波长较短的弱电离层延迟误差的噪声最优窄巷组合观测值的组合系数之和为1。由于组合系数之和为0的最优组合系数最多有两组是线性无关的,为此增加搜索了波长较长,但电离层延迟误差不是特别小的组合系数之和非0的组合观测值,分析出这类组合观测值适合短基线模糊度解算。4.实验验证了搜索选取的组合系数之和为0的最优北斗组合观测值和组合系数之和不为0的北斗宽巷组合观测值在无几何模式下解算北斗短基线模糊度的性能。结果表明:组合系数之和为0的最优组合求得的浮点模糊度精度很高,可直接取整固定;由于双差模型对短基线电离层延迟误差的有效削弱,组合系数之和不为0的北斗宽巷组合观测值亦可应用于短基线模糊度解算。5.研究了无几何模型下三频模糊度解算方法:矩阵变换算法和无几何CIR算法。对于矩阵变换算法,根据预排序模糊度降相关算法针对北斗长短基线分别求出两种不同的变换矩阵,应用实测北斗数据实验表明:矩阵变换算法可以实现北斗短基线模糊度单历元固定,但是对于北斗长基线模糊度,进过多历元平滑仍然无法确定。对于无几何CIR算法,分析了其相应的误差影响,研究了电离层改正对其改进效果,应用实测北斗数据实验表明:无几何CIR算法能够实现北斗短基线模糊度单历元固定,但由于计算出的电离层改正误差精度不够,无法实现长基线模糊度解算。


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