收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

GNSS卫星实时精密定轨技术研究

匡开发  
【摘要】:实时精密PNT(Positioning,Navigation and Timing,定位,导航与授时)服务是人类活动的基本需求之一,GNSS(Global Navigation Satellite System,全球导航卫星系统)以其全天候,全覆盖以及高精度等优势,逐渐成为广泛采用的实时PNT服务方式之一.基于广播星历的实时PNT服务是GNSS实时PNT服务最基本的形式,然而,受限于广播星历的轨道/钟差精度,难以实现分米级以及更高精度的服务.PPP(Precise Point Positioning,精密单点定位)技术通过在状态域改正GNSS卫星轨道/钟差等误差,单站即可实现实时高精度PNT服务.实时高精度的GNSS卫星轨道/钟差等产品是实现实时高精度PPP的必要条件.因此,本文开展GNSS卫星实时轨道/钟差等产品的估计算法研究以及估计软件研制,主要研究内容和成果包括:·总结了当前国内外的研究现状,分析了当前GNSS实时PNT服务的发展趋势,提出了更为严密灵活的实时轨道和钟差整体估计策略.·总结了GNSS卫星精密定轨中的时空基准,轨道模型以及观测模型,重点对时空基准中的EOP(Earth Orientation Parameter,地球定向参数)处理和卫星姿态建模,轨道模型中的摄动力以及观测模型中的误差项进行了研究.·推导了GNSS实时精密定轨模型.采用近似状态转移公式实现了观测值的高精度同步,避免了内插算法所需的多次积分;采用双频IF(Ionospheric-Free,消电离层)组合钟差基准,同时顾及了测站端以及卫星端的IFCB(Inter-Frequency Clock Bias,频间钟差偏差),第三频率相位残差中不再吸收硬件延迟;研究了实时质量控制以及快速估计方法,将Open MP并行算法引入到了实时精密定轨中,给出了利用线性代数库加速的稳健的扩展Kalman滤波算法,建立了一整套GNSS实时精密定轨算法,并且研制了相应的实时精密定轨软件.·对比了提高实时精密定轨效率的方法,包括逐观测值测量更新,OpenMP并行加速,Eigen库加速以及Open BLAS库加速.结果表明,相比逐观测值测量更新,Open MP并行加速可以提高计算效率,但是幅度较小,线性代数库加速效果明显优于Open MP并行加速,因此,在存在外部库的条件下,推荐采用外部库.在采用约100个测站(参数个数约为1500)时,GPS(Global Positioning System,全球定位系统)单系统参数估计耗时约为2.0s,完全可以满足10.0s更新的实时服务需求.·评估了GPS/Galileo实时精密定轨精度.考虑系统间的相关性较弱,采用分系统估计策略.结果表明,GPS卫星双频实时轨道RMS(Root Mean Square,均方根)达到3.0cm(径向),5.0cm(切向)以及4.0cm(法向),实时钟差STD(STandard Deviation,标准差)约为0.10ns,Galileo卫星双频实时轨道RMS达到6.0cm(径向),8.0cm(切向)以及5.0cm(法向),实时钟差STD约为0.16ns.由于模型差异,轨道径向存在1.0-2.0cm的系统性偏差,钟差STD不受影响.总体而言,实时轨道以及钟差的精度与国际同类产品基本相当.·分析了实时精密定轨中的过程噪声.为防止滤波器的发散,建议采用比较保守的数值.对比了实时精密定轨收敛速度的影响因素,包括初始位置,速度以及SRP(Solar Radiation Pressure,太阳辐射压)系数的精度.结果表明,收敛速度对初始位置精度更为敏感,利用先验SRP模型可以减小初始阶段的径向误差,径向收敛速度由于受到力模型约束,收敛时间最长,切向以及法向收敛时间较短.总体而言,实时轨道需要大约12小时才能达到完全收敛的状态.·分析了实时精密定轨中参数的相关性,包括模糊度参数,ZWD(Zenith Wet Delay,天顶湿延迟)参数,轨道参数以及钟差参数.结果表明,对于相同类型的参数,相同测站/卫星的相关性高于不同测站/卫星的相关性,而钟差参数不同,测站钟差与卫星钟差之间线性相关,由于基准的引入,钟差参数在不同测站/卫星之间的相关性接近于1.0.对于不同类型的参数,由于与模糊度参数存在不同程度的相关性,固定模糊度可以提高ZWD参数,轨道参数以及钟差参数的精度.·研究了多频观测值处理中的IFCB.结果表明,GPS三频卫星IFCB存在明显的时变特性,BLOCK IIIA卫星的IFCB相比BLOCK IIF卫星得到大幅削弱,Galileo三频卫星IFCB几乎稳定为常数,当采用DCB产品改正卫星端IFCB时,由于DCB(Differential Code Bias,差分码偏差)产品的不连续性,会导致相位残差在天与天之间出现异常.由于双频观测信息已经充足,除非在极端情况下,目前三频观测值相比双频观测值在实时精密定轨中并没有明显的优势.·研究了非差模糊度固定中的UPD(Uncalibrated Phase Delay,未校正相位延迟).采用最小生成树算法建立独立模糊度基准,利用UPD的稳定性传递独立模糊度基准,在UPD收敛后,对改正卫星端UPD的浮点模糊度进行质量控制.结果表明,GPS非差宽巷UPD比较稳定,一天内的变化幅度基本不超过0.20周,除个别卫星外,STD均在0.10周以内,Galileo非差宽巷UPD非常稳定,一天内的变化幅度基本不超过0.10周,STD均在0.05周以内;GPS双频实时非差宽巷UPD与CNES事后产品符合很好,差异均在0.10周以内.


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前16条
1 ;2002国际GPS/GNSS学术年会[J];国际学术动态;2004年01期
2 芦海涛;;三频GNSS精密定位理论与方法研究[J];卫星电视与宽带多媒体;2019年21期
3 周晓慧;杨艺林;姜卫平;周星宇;;GNSS影像及其时空特征初探[J];地球物理学报;2020年01期
4 石硕;;抽水蓄能电站GNSS施工控制网设计与建立[J];中国水能及电气化;2019年12期
5 CAI Baigen;WU Boqian;LU Debiao;;Survey of Performance Evaluation Standardization and Research Methods on GNSS-Based Localization for Railways[J];Chinese Journal of Electronics;2020年01期
6 LIU Jiang;ZHAO Xiaolin;;GNSS Fault Detection and Exclusion Based on Virtual Pseudorange-Based Consistency Check Method[J];Chinese Journal of Electronics;2020年01期
7 LU Debiao;TANG Dezhang;SPIEGEL Dirk;;Hazard Rate Estimation for GNSS-Based Train Localization Using Model-Based Approach[J];Chinese Journal of Electronics;2020年01期
8 刘畅;丁凡;田淼清;;GNSS安全——网络空间安全的新战场[J];全球定位系统;2019年01期
9 林波;;GNSS跟踪测量技术研究[J];信息技术与信息化;2019年08期
10 国际;王田;刘成;苏牡丹;薛仁魁;;浅谈GNSS测试方案设计[J];数字技术与应用;2019年07期
11 黎奇;;趋势、阻碍与机遇——2018年全球导航卫星系统(GNSS)行业调查报告[J];中国测绘;2019年02期
12 张双成;戴凯阳;南阳;张勤;瞿伟;李振宇;赵迎辉;;GNSS-MR技术用于雪深探测的初步研究[J];武汉大学学报(信息科学版);2018年02期
13 李加群;王健;赵向东;;GNSS观测数据解算检查及自动存储研究[J];测绘与空间地理信息;2017年12期
14 白帆;;海上复杂环境对GNSS天线信号影响的分析[J];数字通信世界;2018年03期
15 熊寻安;龚春龙;曹梦成;曹志德;;茜坑水库主坝表面GNSS变形监测系统设计与实现[J];人民长江;2018年12期
16 钟梓敏;;略论几种常见引起GNSS测量出现误差的因素[J];科技资讯;2018年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘洋;赵庆志;姚顽强;;联合GNSS PWV与气象参数的短临降雨预测[A];第十一届中国卫星导航年会论文集——S01 卫星导航行业应用[C];2020年
2 罗晶心;郭承军;;GNSS在城区复杂环境下的使用研究[A];第十一届中国卫星导航年会论文集——S01 卫星导航行业应用[C];2020年
3 王家福;于先文;;GNSS模糊度确认中差值检验的阈值确定方法及其性能分析[A];第十一届中国卫星导航年会论文集——S02 导航与位置服务[C];2020年
4 梅俊杰;高成发;;基于Android手机的GNSS定位研究及在桥涵调查中的应用[A];第十一届中国卫星导航年会论文集——S02 导航与位置服务[C];2020年
5 孙伟;李禹莹;段顺利;;小米8 GNSS数据质量与单频RTK定位性能分析[A];第十一届中国卫星导航年会论文集——S02 导航与位置服务[C];2020年
6 王凯龙;郭杭;田宝连;王海涛;;GNSS车载相对定位实验研究[A];卫星导航定位与北斗系统应用2016——星参北斗 位联世界[C];2016年
7 ;GNSS系统的研究与发展[A];卫星导航产业机遇与挑战2010[C];2010年
8 Lingxuan Wang;Yu Gan;Erhu Wei;Lifen Sui;Xuexi Liu;;INS-Aided Single-Frequency Cycle-Slip Detection for Real-Time Kinematic GNSS[A];第九届中国卫星导航学术年会论文集——S10 多源融合导航技术[C];2018年
9 Yaozong Zhou;Cuilin Kuang;Shaohua Dou;Ziping Liu;;Development and Assessment of GNSS Online Differential Data Processing System Based on HNCORS[A];第九届中国卫星导航学术年会论文集——S02 导航与位置服务[C];2018年
10 Peng Hu;Guanwen Huang;Qin Zhang;Xiaolei Wang;Min Mao;;Algorithm and Performance of Precipitable Water Vapor Retrieval Using Multiple GNSS Precise Point Positioning Technology[A];第九届中国卫星导航学术年会论文集——S01 卫星导航应用技术[C];2018年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 牟卫华;GNSS信号软件处理关键技术研究[D];国防科技大学;2017年
2 陈飞强;GNSS天线阵接收机干扰抑制与测量偏差补偿技术[D];国防科技大学;2017年
3 肖凯;多频GNSS/INS组合精密定位定姿理论与方法研究[D];战略支援部队信息工程大学;2018年
4 公才赫(Kong Jae Hyok);基于非线性滤波与多星信息融合的GNSS混合定位[D];上海交通大学;2016年
5 匡开发;GNSS卫星实时精密定轨技术研究[D];武汉大学;2019年
6 龚晓鹏;北斗/GNSS三频实时高精度大网快速处理方法研究[D];武汉大学;2018年
7 广伟;GNSS时间互操作关键技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院国家授时中心);2019年
8 张鹏飞;GNSS载波相位时间传递关键技术与方法研究[D];中国科学院大学(中国科学院国家授时中心);2019年
9 宁一鹏;GNSS/INS组合导航系统初始对准及其故障修复研究[D];中国矿业大学;2019年
10 夏敬潮;融合泛在无线信号与GNSS的室内外定位方法研究[D];武汉大学;2015年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 丁梦羽;基于多级辨识器的GNSS干扰信号分类与辨识研究[D];南京航空航天大学;2019年
2 祁雅;基于软件接收机的GNSS多策略欺骗方法研究[D];南京航空航天大学;2019年
3 王念曾;基于惯性/GNSS/UWB信息融合的小型无人机编队相对导航技术研究[D];南京航空航天大学;2019年
4 许娜;基于星载GNSS的低轨卫星定轨方法研究[D];南京航空航天大学;2019年
5 余晓悦;基于CUDA的GNSS卫星导航信号模拟与测试验证[D];南京航空航天大学;2019年
6 戴伟昊;欺骗式攻击下GNSS信号参数估计算法研究与优化[D];南京航空航天大学;2019年
7 邱文旗;基于自适应卡尔曼滤波的GNSS/VO组合导航系统研究[D];南京航空航天大学;2019年
8 眭晨阳;欺骗干扰式GNSS卫星导航信号产生技术研究[D];南京航空航天大学;2019年
9 李海龙;INS/GNSS/Odometer车辆组合导航系统信息融合方法研究[D];哈尔滨工业大学;2019年
10 何通;基于卡尔曼滤波GNSS接收机抗多径技术的研究[D];广东工业大学;2019年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 包海 彭建华;全球导航卫星系统建功汶川灾后重建[N];中国测绘报;2009年
2 记者 战旗;新区企业研制的国内首个商业GNSS掩星探测载荷发射成功[N];滨海时报;2020年
3 王立彬;中国全球卫星导航系统,夺下千万美元大单[N];新华每日电讯;2007年
4 本报记者 陈锦锋;华测导航加快核心业务发展 多元化发力驱动业绩稳定增长[N];通信信息报;2018年
5 王娜;我GNSS技术打破国外垄断[N];科技日报;2007年
6 本报记者 杨蕾;计量更准导航才能更准[N];中国质量报;2014年
7 中国全球定位系统技术应用协会咨询中心主任 曹冲;全球卫星导航系统的现状和前景[N];中国测绘报;2009年
8 王雅丽;实施国际化战略[N];中国测绘报;2010年
9 北京合众思壮科技股份有限公司 彭玉群;移动GIS蓄势待发[N];计算机世界;2008年
10 文湘北田力;全面认识全球导航卫星系统[N];中国测绘报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978