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基于随机模型精化的GPS精密定位算法研究与实现

刘志强  
【摘要】: 高精度的GPS定位测量通常采用载波相位观测值,其定位的精度依赖于基线解算所建立的函数模型和随机模型。目前GPS精密定位的随机模型,通常采用基于观测值等精度的简化等权随机模型。受多种误差源的影响,实际上不同卫星、不同观测历元的观测值精度是不相等的,而且存在时空相关性。等权随机模型假设各原始卫星观测值等精度,这与实际情况不完全符合。研究建立能准确反映观测值相关性和质量特征的随机模型,在随机模型精化的基础上探讨GPS精密定位算法,可进一步提高在复杂工程环境下GPS定位的精度和可靠性。本文对GPS随机模型的精化算法进行系统的研究,并进行软件模块的设计和编程实现,主要内容包括以下几个方面: 1.分析卫星高度角、信噪比、最小二乘残差与GPS基线解算精度之间的关系。基于卫星高度角信息,建立三角函数和指数函数模型,探讨卫星高度角与GPS观测中误差的关系。利用TEQC软件成功提取出载波观测值的信噪比信息,建立相应的信噪比函数模型。通过实验算例验证卫星高度角和信噪比模型能有效的提高GPS基线解算的精度及可靠性。 2.基于方差分量最优不变二次无偏估计(BIQUE)原理,研究GPS随机模型BIQUE估计的算法,并进行软件模块的设计和编程实现。探讨在浮点解的求解过程中对观测值的方差分量进行BIQUE估计提高整周模糊度的可靠性,以及确定整周模糊度后重新进行BIQUE估计进一步提高基线固定解精度和可靠性的问题。通过实验数据处理分析验证在静态和快速静态两种处理模式下,基线整周模糊度解算的可靠性以及基线向量的精度得到有效改善和显著提高。 3.基于等价方差—协方差阵的稳健最小二乘估计原理,探讨GPS随机模型稳健最优不变二次无偏估计(RBIQUE)算法,并进行软件模块的设计和编程实现。结合算例验证该方法用于GPS随机模型的验后估计的可行性,RBIQUE估计能有效地抵抗GPS观测中部分粗差对方差—协方差分量估计的影响,使观测权的匹配较少地受粗差观测量的干扰,可进一步提高整周模糊解算的可靠性及基线解算的精度。


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