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基于估计差分系统间偏差的相对定位算法研究

苏春循  
【摘要】:相对定位技术是利用两台接收机的伪距和载波相位观测值,借助广播星历或者精密星历来获得高精度相对坐标的定位技术。按照基准站的数目和作业距离,相对定位技术可以分为短基线定位技术、中长基线定位技术和网络RTK技术;相对定位技术按照观测值差分方式的不同可以分为紧组合相对定位技术和松组合相对定位技术。松组合相对定位即为传统的相对定位方法,其在系统内选择参考星,差分方式为系统内差分;紧组合相对定位只选择一颗参考星,差分方式包含系统内差分和系统间差分。相比于松组合定位,在复杂环境下选择紧组合相对定位技术有望提高其模糊度固定率和定位精度。本文在推导紧组合相对定位算法的数学模型的基础上,实现了基于GPS/BDS/GALILEO三系统紧组合短基线和中长基线相对定位算法。本文的主要内容包括:(1)详细阐述了紧组合相对定位技术的国内外发展现状,介绍了在GNSS数据处理中会用到的坐标系统和时间系统,详细说明了不同种类的GNSS误差对相对定位数据处理的影响程度,给出了误差在相对定位数据处理中的改正方法。(2)详细推导了紧组合定位技术和松组合定位技术的随机模型和函数模型,给出了在中长基线中对流层和电离层的处理方法。通过公式推导证明了观测值频率相同的紧组合算法为观测值频率不同的紧组合算法的特例,实现了观测值频率相同的紧组合相对定位算法和观测值频率不同的紧组合相对定位算法的统一。(3)说明了伪距DISB与接收机间的伪距硬件延迟有关,相同频率的相位DISB与接收机间的相位硬件延迟有关,不同频率的相位DISB与接收机间的相位硬件延迟和初始相位偏差有关。详细分析了接收机类型和差分观测值的频率对接收机间DISB稳定性的影响,实验结果表明:当基线两端的接收机类型和差分频率相同时,接收机间相位DISB的大小为0;当基线两端的接收机类型相同,但差分频率不相同时,接收机间相位DISB的大小不为0,但相位DISB非常稳定;当接收机两端的接收机类型和差分频率都不相同时,接收机相位DISB的大小不为0,并且随着时间的推移相位DISB的稳定性会出现微小的变化。依据基线两端接收机类型和差分频率是否相同给出了 GPS、BDS和GALILEO卫星系统间的DISB的估计方法。(4)基于估计DISB的紧组合算法实现了 GPS+BDS的双系统和GPS+BDS+GALILEO三系统短基线和中长基线定位算法,并与松组合相对定位算法进行比较,实测数据表明:当卫星截止高度角较低时,即在卫星数充足的情况下,紧组合定位和松组合的定位性能相当;在高截止高度角的情况下,紧组合定位可以提高模糊度固定的成功率,通过短基线在40度截止高度角下验证发现,GPS+BDS紧组合定位的模糊度固定成功率比其松组合定位的模糊度固定成功率大约提高了 10%。通过比较紧组合和松组合的短基线和中长基线定位结果,发现紧组合定位和松组合定位的固定解精度相当;相对于双系统定位,三系统定位可以提高模糊度固定的成功率。在40度截止高度角下,三系统短基线松组合模糊度固定成功率相比较与双系统松组合模糊度固定成功率提高了 9%左右。


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