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基于移动参考站的GPS动态相对定位算法研究

喻国荣  
【摘要】:相对于一个移动参考站的GPS动态相对定位简称为动对动定位,具有广泛应用,如舰队管理、战场指挥、编队飞行、运动车辆相对定位、卫对卫定轨、飞行器安全接近、载体免撞、自动驾驶等。在这些场合中难以建立不动的参考站,传统定位方法(比如雷达/激光测距),或是精度不高或是限制条件严格,不能完全满足要求。在这些应用中,物体的绝对位置重要性远小于相对位置的重要性,因此有精确已知坐标的参考站的配置不是强求的,而高的相对定位精度和可靠性是必须的。大多数相对定位方法假定参考站的精密位置是预先给定的,因此,相对定位精度主要依赖于测量误差。然而,在动对动定位中,这一先决条件是没有的,因此那些已有算法难以直接用于动对动定位,需要作适当修改,本文将对此作深入研究。 高精度动对动定位需要使用载波相位观测值,当平台间距离很短,双差处理可以削弱相位观测值中的空间相关误差,卫星和接收机钟差可以消除掉。当残余误差很小,模糊度固定后定位精度可以达到厘米级。高精度相对定位主要地依赖于模糊度成功解算及模糊度保持为常数,然而,在动态情形下,由于接收机振荡器、遮挡和多路径等因素会引起周跳,即相位观测值的整周跳跃,周跳改变了相位观测值表达的距离值进而影响了以相位为基础的定位精度,因此,整周模糊度解算和周跳探测与修复是高精度动对动定位的核心问题。 观测值是用来获得所需要的参数,由于观测值含有偏差和误差,为了削弱误差的影响和提高解的精度,需要有多余观测数,即实际的独立观测值数多于估计未知参数所必须的观测值数。由于误差存在使得观测值间不相容,为了消除不相容并获得待估参数,通常要应用最小二乘估计,即残差平方和加权最小原理。由于最小二乘估计仅能处理线性系统,而所需的流动站坐标未知参数包含在站星几何距离中,观测方程线性化就是GPS数据处理的基本内容。在现有的参考文献中,所给出的线性化方式可以分为两类,一是以流动站坐标为参数进行线性化,未知参数是流动站坐标改正量;另一线性化方法是以流动站到参考站的基线向量为参数,未知参数是基线向量的改正数。前一种线性化方法无疑作了三个前提假设:参考站坐标精确已知、参考站坐标与观测数据在同一坐标系、流动站近似坐标也在同一坐标系中。显然,在动对动定位中,以上假设是不存在的,因此以测站坐标为参数线性化单差、双差观测方程是不行的。后一种线性化方法在有的参考文献中介绍了很复杂的双差观测方程线性化推导过程,为此,本文给出了一种简单易行的观测方程线性化方法,在此基础上指出了动对动定位与其它定位模式在方程线性化方面的不同与相同之处。


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