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GPS/COMPASS组合系统单点定位随机模型算法研究

吴桂栋  
【摘要】:本文首先阐明了课题研究的背景,概括了GPS和北斗的发展状况和各自的系统组成和特点,指出了GPS/COMPASS组合系统单点定位中合理确定随机模型的意义。 讨论了GNSS定位中存在的误差源及改正方法,对卫星钟差、接收机钟差、地球自转、电离层延迟等重要误差源进行了实例分析。详细介绍了单系统及其组合系统单点定位的原理,对单点定位的坐标解算过程进行了系统的推导。 以坐标的三维位置精度及内外符合精度作为单点定位的性能指标,通过具体的实例从以下几个方面进行了研究:(1)对中国的北斗系统和美国的GPS在中国领域的区域定位导航性能作出比较,并对产生相应结果的原因进行了深刻剖析;(2)着重讨论了GPS/COMPASS组合定位随机模型权矩阵的确定问题,通过对等权模型、高度角定权模型、Helmert验后估计定权模型的实例对比,指出了利用Helmert验后估计确定组合系统权矩阵的合理性;(3)对组合系统和单系统的定位性能作出比较,总结不同系统定位性能差异的原因;(4)通过设置不同的卫星截止高度角,模拟了GPS/COMPASS组合系统的复杂观测条件,比较分析了不同卫星截止高度角下基于Helmert验后估计定权的组合系统的定位性能;(5)对观测时段内单系统及组合系统用于定位的有效卫星数及历元数进行了统计比较,进一步分析造成系统间定位性能差异的原因。 通过以上研究分析,得到如下结论:(1)在中国区域北斗系统的可见卫星数明显多于GPS系统,卫星几何分布结构很好,北斗系统有着比GPS更好的单点定位性能;(2) Helmert验后估计是一种有效的确定GPS/COMPASS组合系统随机模型的方法,能够使定位结果更加合理;(3)组合系统定位性能总体上优于单系统,其内外符合精度与单系统接近,但空间位置精度优于单系统且与单系统中精度较高的一方接近;(4)即便在障碍物遮挡严重的复杂观测条件下,GPS/COMPASS组合系统仍可以满足定位的卫星数量且保持一定的定位精度,应用范围明显扩大。


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