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GPS精密定位定轨软件研究

陈宪冬  
【摘要】: 高精度的GPS数据处理软件是GPS精密应用的基础。目前我国高精度GPS应用主要依赖国外软件,依赖国外软件不仅难以取得突破性的创新成果,更不利于我国卫星计划的发展。研究GPS精密定位定轨理论,尽快开发具有我国特色的GPS精密定位定轨软件,不仅有利于GPS精密应用在我国的深入和发展,对COMPASS精密定位定轨研究也具有重要的参考意义。 本论文研究的主要内容和成果包括: 1.GPS轨道模型方面:研究了GPS轨道摄动影响因素,通过对摄动影响因素的取舍及轨道对比,认为在精密定位应用中可以忽略其它行星引力、极移潮以及相对论加速度的影响,而长弧定轨应用中应加以顾及; 2.GPS观测模型方面:研究了GPS观测中存在的各种误差影响因素及其消除消弱措施;重点研究了非差/单差/双差/三差数据预处理算法;此外,提出了一种基于并查集和3维球面Delaunay三角网剖分,同时顾及GPS求差处理结果的GPS独立基线优选算法,本算法不仅避开了传统2维平面算法将区域/全球GPS网投影至平面时存在的不足和缺陷,更使算法的时间复杂度降至了O(nlogn); 3.GPS精密定位定轨模型方面:研究了GPS精密定位定轨的数学模型,包括观测值对各类参数的偏微分、先验约束及先验基准、非差定位、相对定位、最小二乘法定轨、滤波法定轨、后处理定轨等;其中,重点研究了双差基线法GPS定轨算法和基于法方程叠加法的GPS轨道综合算法; 4.软件设计与开发方面:提出了图形化GPS精密定位定轨软件开发的分层体系结构设计思想;基于Microsoft Visual C++ 6.0和Compaq Visual Fortran 6.5设计实现了一套基于Windows操作系统、适于我国生产单位使用、界面友好、操作简便、易学易用、多功能、图形化GPS精密定位定轨软件:交大GPS(简称JDGPS);通过严格、细致的软件测试和实验对比,验证了该软件的可靠性和精密性; 5.定位定轨应用方面:以IGS坐标和IGS精密轨道为真值,用JDGPS进行了不同条件下的GPS精密定位定轨实验。定位实验表明:JDGPS计算的33个IGS站的七天坐标分量中误差为:北向3mm,东向4mm,高程向4mm;JDGPS计算的周坐标精度为:北向7.6mm,东向7.7mm,高程向17.3mm;定轨实验表明,轨道综合技术能够显著提高GPS定轨精度,即使利用全球33个IGS站也能得到厘米级精度的GPS定轨结果(径向2.9cm,纵向5.5cm,法向5.3cm);JDGPS计算的定位定轨结果与IGS结果处于同等精度水平;6.精密时间传递方面:研究了GPS精密时间传递技术和GPS非差精密单点定位算法,给出了GPS载波相位时间传递法(传统GPS CP)和连续GPS载波相位时间传递法(连续GPS CP)的算法步骤;用JDGPS进行了载波相位时间比对实验,发现传统GPS CP存在明显的天界跳变问题,连续GPS CP存在明显的线性趋势性偏差;此外,对国家授时中心(NTSC)的Ashtech Z12T接收机和NTSCGPS-2接收机的性能有了更深入的认识。


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