多GNSS单频实时紧组合定位算法研究

【摘要】：随着各个卫星导航定位系统的建设、完善以及现代化,目前GNSS正朝着多系统兼容并存的方向发展。多系统GNSS组合定位充分利用了不同卫星系统的观测值,能够提高卫星导航定位的可用性、可靠性以及精度,是GNSS的重要发展趋势。而多系统GNSS混合双差组合定位不仅顾及了系统内差分,还考虑了系统间差分,进一步增强了各个系统间的兼容性,提高了GNSS在复杂环境下的导航定位能力。考虑到目前大众用户多采用单频GNSS接收机,因此稳定可靠的多系统单频高精度定位算法成为消费级市场的迫切需求。本文围绕多系统GNSS单频实时混合双差组合定位算法,研究了多系统GNSS单频混合双差组合定位的数学模型及关键算法,讨论了IFB(Inter Frequency Bias)/DISB(Differential Inter System Bias)估计算法及稳定性,并分析了多系统单频混合双差组合定位的性能。总结本文主要研究内容和成果如下:1、详细推导了混合双差组合定位的数学模型,论述了多系统GNSS常规双差函数模型、估计IFB/DISB和固定IFB/DISB的多系统GNSS混合双差函数模型以及它们的随机模型。2、提出了一种适用于多系统单频混合双差模型的位置变化量计算算法。该算法基于站间历元间双差模型,先采用相关分析准确探测单频观测值中的周跳,然后计算可靠的历元间位置变化量。该算法不需要多频观测值且不在卫星间作差,方便适用于多系统单频混合双差模型。3、通过引入几何距离项改进了分级固定的IFB估计算法,增强了算法的稳定性,扩展了算法的适用范围。并通过零/短基线实验验证了改进算法的有效性和可靠性,实验表明,改进算法与粒子滤波算法估计的零/短基线的IFB基本一致,且改进算法相比粒子滤波算法实现简单,计算效率高。4、研究了参数重整估计同频和异频混合差分中载波相位DISB小数部分的算法模型,并从理论上分析了异频混合差分中载波相位DISB整数部分对定位结果的影响。通过实测零/短基线实验对比参数重整算法与粒子滤波算法估计载波相位DISB表明,两种算法估计结果基本一致,最大差异约为0.05周,但参数重整算法计算效率更高,适用性更好。5、通过零/短基线实验分析了IFB/DISB的长时间稳定性和重启稳定性。结果表明,IFB/DISB均具有长时间稳定,IFB和伪距DISB不受接收机重启的影响,而载波相位DISB中包含了接收机相对初始相位偏差,在接收机重启后可能会发生变化,至于是否变化与接收机类型有关。6、采用不同接收机类型的静/动态实测基线数据分析了系统间DISB的特征以及混合双差的定位性能。实验结果表明,对于重叠频率的GPS L1/Galieo E1的载波相位DISB,在相同接收机类型的基线中一般为零,在不同接收机类型的基线中可能为零也可能不为零;而对于不同频率的GPS L1/GLONASS L1和GPS L1/BDS B1的载波相位DISB,无论是相同接收机类型的基线还是不同接收机类型的基线均可能不为零。且改正IFB/DISB的混合双差组合定位相比常规双差组合定位能够提高浮点解定位精度和模糊度固定率,特别是在观测卫星数目少、卫星几何结构较差时,提升效果显著,浮点解精度和模糊度固定率提升约在10%~30%之间。