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随机模型对GPS/BDS联合定位精度影响研究

李德伟  
【摘要】:美国、俄罗斯、欧盟相继建立和发展了GPS、GLONASS、Galileo卫星导航定位系统。中国不甘落后,成功建立了拥有自主知识产权的北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,简称BDS)。至此,多卫星导航系统并存与发展的局面已初步形成,多模GNSS兼容、互操作与多模GNSS数据融合成为GNSS导航定位领域主要发展趋势之一。本文针对GPS/BDS联合定位时如何确定不同系统观测数据权比的问题,分析了几种验前随机模型,包括等比、卫星高度角随机模型,验后PDOP值分析以及方差分量估计对联合单点定位精度的影响,通过大量实验,提出了一种改进的随机模型定权方法,并验证了其优越性。本文主要从以下几个方面进行了研究:(1)利用实测数据,计算得到BDS和GPS各自单系统的伪距单点定位精度,得出GPS/BDS联合定位的可行性条件,分析结果的可靠原因,并合理解释。(2)总结各类随机模型的优缺点,着重讨论GPS/BDS联合定位时,随机模型确定权矩阵的问题。通过不同的验前随机模型与Helmert方差分量估计的组合方法定权,得到不同精度的定位结果,分析在不同的验前随机模型初始定权条件下,采用Helmert方差分量估计方法得到的定位结果的稳定性及可靠性。(3)通过对等权模型、高度角定权模型、Helmert方差分量估计定权模型的实例对比,DOP值分析,指出利用顾及PDOP信息的高度角随机模型结合Helmert验后估计的方法,确定组合系统权矩阵的合理性。(4)通过随机模型对伪距单点定位的实例结论,分析其在相对定位、模糊度解算方面的可行性,为下一步研究提供可靠依据。算例结果表明:在实验区域,我国的BDS伪距测量精度已与GPS处于同一个量级,二者联合定位拥有相同的精度基础;相比于单一的GPS定位,GPS/BDS联合定位的精度得到了改善;相比于仅采用验前随机模型定权,验前、验后随机模型组合确权的定位结果得到显著改善,其中验前使用基于卫星高度角的PDOP值微调权比结合验后方差分量估计的定权方法定位精度最高,抗差性、稳定性更强。研究结果对多系统联合定位以及完成组网后的北斗系统定位精度、可信度的提高具有重要的参考价值。


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