中长基线下GNSS动态相对定位算法与实现

作     者：赵祥伟 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘志平

授予年度：2015年

学科分类：081802[工学-地球探测与信息技术] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：GNSS 动态相对定位 对流层延迟模型 消电离层组合集 单历元模糊度解算 

摘      要：本论文以中长基线条件下GNSS动态相对定位为研究课题,主要围绕多路径效应误差、周跳探测、对流层延迟误差等影响定位结果的误差源分析、消电离层最优组合以及单历元数据解算展开详细的讨论及系统的研究。通过理论的研究与推导,结合CVF6.6程序开发平台,利用Fortran编程语言实现动态相对定位基线解算功能,并结合中长基线的实例对该算法程序进行实验结果分析。总结本文的主要研究内容如下所述:1)系统阐述了非差相对定位的原理及数据处理方法,包括相对定位的函数模型及随机模型,为后续研究内容做好研究基础;并选取不同类型的伪距观测值,计算与分析观测时间段内的多路径效应值,提出抑制多路径效应的有效措施;2)为研究选用的广播星历的计算误差是否在容许范围以内,能否满足中长基线的定位要求,本文通过计算机编程与时间外推实现了利用广播星历计算卫星轨道信息的功能,通过实际对比结果表明计算误差在容许范围以内。另外,通过基线长度误差与广播星历误差的关系式分析了广播星历完全在动态相对定位条件下的适用性;周跳探测方面,本文对周跳的处理策略是只探测不修复,总结不同类别的周跳探测方法,并选取电离层残差法、相位减伪距法以及M-W组合法三种常用的周跳探测方法,以实际站点的数据通过不同方案对比三种周跳探测方法的优劣性;3)考虑对流层延迟误差影响,统计分析不同的天顶对流层延迟(Zenith Tropospheric Delay,ZTD)计算模型及相关投影函数,总结了其在不同基线模式下的适用性,依此提出全球天顶对流层延迟时空特征分析方法,从纬度、高程以及时间维方面对ZTD进行精度分析,进一步进行时空分区,提出改进的ZTD修正模型,提高模型计算精度;4)考虑电离层延迟误差影响,为消除电离层延迟误差对相对定位结果的影响,综合研究现有不同形式的消电离层组合(双频、半和以及交叉和),并给出双频和三频模式下的不同消电离层观测值组合集形式,依据提出的最优消电离层组合集评价方法,选取最优组合集,并与现有的TCAR/CIR和矩阵变换法对比,验证最优组合集的正确性;5)为实现动态相对定位,保证单历元条件下已知观测条件数,提出一种单历元模糊度固定方法,通过动态实验验证算法的正确性。另外,基于Fortran程序语言开发动态相对定位基线解算模块,通过四个中长基线实验验证得出算法可实现大部分单历元cm级动态定位精度。