GNSS精密卫星钟差实时解算及实时精密单点定位方法研究

作     者：代桃高 

作者单位：解放军信息工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李建文

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 081105[工学-导航、制导与控制] 0804[工学-仪器科学与技术] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：全球导航卫星系统 卫星钟差 实时解算 实时精密单点定位 不规则三角网 非差法 星间差分法 历元差分法 

摘      要：实时精密单点定位(Real-Time Precise Point Positioning,RTPPP)是精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)在实时应用方向的技术拓展。其不仅有着PPP技术的优点:作业简单、操作灵活、精度高,而且还兼顾数据处理的实时性,可将用户动态实时定位精度由米级提升至分米级、静态实时定位精度可提升至厘米级,是全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)在实时定位领域的重要发展趋势。实现RTPPP的关键要素包括服务端的实时产品、用户端的RTPPP定位算法及网络层的数据流传输。其中,用户端RTPPP从定位域验证该系统实时产品精度,是系统应用的落脚点。此外,实时精密卫星钟差是实时产品的重要组成部分,是影响RTPPP精度的关键因素之一。本文着重研究了三种卫星钟差实时解算及两种RTPPP方法,对各种方法进行了试验验证和精度分析,并研制了实现RTPPP的核心软件。论文的主要研究内容如下:1.提出了一种基于不规则三角网(Triangulated Irregular Network,TIN)的新的选站方法。该方法能快速实现全球跟踪站的均匀选择,可用于确定实时定轨和卫星钟差实时解算的跟踪站分布。2.研究了三种卫星钟差实时解算方法及策略(非差法、星间差分法、历元差分法)。通过GPS卫星钟差的实时解算试验表明:非差法解算的卫星钟差精度约0.18ns,星间差分法约0.2ns,历元差分法约0.17ns。历元差分法耗时最短,其单历元解算平均耗时约0.15s,非常有助于获取秒级更新的实时卫星钟差。3.提出了两种RTPPP方法:非差法RTPPP和历元差分法RTPPP。通过事后数据模拟RTPPP过程的试验表明:当使用基于非差法实时解算的卫星钟差产品时,非差法RTPPP的定位精度能优于8cm,历元差分法RTPPP的定位精度能优于10cm;当使用基于历元差分法实时解算的卫星钟差产品时,非差法RTPPP的定位精度能优于3cm,历元差分法RTPPP的定位精度能优于6cm。历元差分法RTPPP与非差法RTPPP相比,虽其定位精度略低,但无需处理繁多的模糊度参数,可直接使用历元间钟差产品,可以为高精度的实时定位提供一种新的解决方案。4.自主研制了实现RTPPP四大核心关键技术的软件,包括卫星轨道准实时精密定轨软件、卫星钟差实时解算软件、RTPPP用户端定位软件及实时数据流处理软件。对各软件的功能模块及数据处理流程进行了介绍。5.展开了BDS数据处理试验,包括BDS卫星钟差仿实时解算及模拟RTPPP。BDS卫星钟差实时解算试验结果表明:非差法卫星钟差解算精度平均约0.3ns,历元差分法平均约0.27ns;RTPPP试验表明:历元差分法解算的卫星钟差产品用于RTPPP相比非差法解算的卫星钟差产品的定位精度更高,其中,BDS单系统优于10cm。另外,GPS的加入对BDS/GPS融合RTPPP定位精度有明显提高,优于5cm,且加快了定位收敛速度。