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高频单历元GNSS动态差分定位技术研究

高频单历元GNSS动态差分定位技术研究

作者：柴大帅山东科技大学

学位级别：硕士

近十几年来,四大卫星导航系统在不断、快速的向前发展。多系统的出现将会有利于改善单一系统单独定位时出现的部分时刻可视卫星数目较少,卫星几何结构差的状况。由于GNSS差分技术可以获得高精度的定位结果,使其在高精度的导航定位中有... 详细信息

近十几年来,四大卫星导航系统在不断、快速的向前发展。多系统的出现将会有利于改善单一系统单独定位时出现的部分时刻可视卫星数目较少,卫星几何结构差的状况。由于GNSS差分技术可以获得高精度的定位结果,使其在高精度的导航定位中有着广泛的应用。单历元定位结果的精度虽然低于多历元定位结果,但是由于现代测量技术对效率性的要求越来越高,单历元定位的应用将会更加广泛。因此,本论文就动态情况下的单历元定位算法进行了较为详细的研究。论文主要进行了如下几方面的研究:(1)分析了多系统GNSS定位的原理,对多系统GNSS双差观测方程进行了较为详细的推导。并分析了不同随机模型对伪距双差和载波双差定位结果的影响,实验结果表明基于高度角和信噪比的随机模型的定位结果要优于等权随机模型的定位结果。(2)研究了动态定位中模糊度的单历元快速有效地固定方法,提出了一种新的模糊度固定方法。这种方法首先在两周的范围内搜索宽巷模糊度,然后再根据观测方程之间的关系来固定基础模糊度。并且结合实例分析了信噪比大小对宽巷模糊度固定的影响,实验结果显示信噪比越大,模糊度解算的精度通常情况下也会越高。随后提出了一种基于信噪比大小选星的部分模糊度搜索方法,并采用实测数据对该方法进行分析,实验结果表明使用该算法可以极大地提高模糊度的解算效率。(3)对中短基线情况下单历元动态定位方法进行了研究,分析了在前后历元模糊度传递过程中更换参考卫星的问题,使用“映射”矩阵将前一个历元的模糊度传递到当前历元,可以有效地避免模糊度的重新初始化。分析了基于抗差估计的固定错误模糊度剔除及粗差处理方法,利用抗差估计可以有效地降低粗差对定位结果的影响。并对几种常用的周跳方法进行简单介绍,多种方法的联合使用可以有效地探测出周跳,提高模糊度传递过程中的正确性。(4)以实测数据对本文的单历元定位方法进行可行性和精度分析,实验结果显示本文所研究的方法在中短基线定位中有较高的定位精度。(5)对自主研发的移动测量系统软件VsursPos1.0进行介绍,该软件可实现OEM格式的原始数据解码和GNSS单历元差分定位与测速。

关键词： GNSS 动态定位模糊度解算抗差估计

多星座GNSS/INS组合导航理论与方法研究

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测绘学报 2022年第5期51卷 787-787页

作者：柴大帅山东建筑大学测绘地理信息学院山东济南250101

随着我国BDS的持续发展,GPS不断完善,GLONASS加紧现代化进程,多系统的联合使用对卫星定位的精度和可靠性带来极大改善。但在复杂的动态环境下,卫星信号频繁受到遮挡,甚至失锁,无法保证定位的有效性。INS不受外界环境的影响,并且可以获... 详细信息

随着我国BDS的持续发展,GPS不断完善,GLONASS加紧现代化进程,多系统的联合使用对卫星定位的精度和可靠性带来极大改善。但在复杂的动态环境下,卫星信号频繁受到遮挡,甚至失锁,无法保证定位的有效性。INS不受外界环境的影响,并且可以获得短时、高精度的导航参数。GNSS/INS组合导航技术能够获得连续、可靠和高精度的导航参数信息,已经被广泛应用于军事与民用领域。

关键词：卫星定位导航参数动态环境理论与方法研究多星座卫星信号 GPS 环境的影响

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信噪比的GNSS宽巷模糊度单历元固定算法

测绘科学 2018年第2期43卷 10-15页

作者：柴大帅卢秀山王胜利石波山东科技大学山东青岛266000

针对常规GNSS解算模糊度存在的问题,该文提出了一种新的GNSS宽巷模糊度单历元求解算法。利用单历元双频码伪距观测值和载波相位观测值得到双差宽巷模糊度浮点解,将所有浮点宽巷模糊度分别向上、向下取整建立模糊度搜索空间;将模糊度空... 详细信息

针对常规GNSS解算模糊度存在的问题,该文提出了一种新的GNSS宽巷模糊度单历元求解算法。利用单历元双频码伪距观测值和载波相位观测值得到双差宽巷模糊度浮点解,将所有浮点宽巷模糊度分别向上、向下取整建立模糊度搜索空间;将模糊度空间中的所有备选组合代入双差宽巷观测方程中进行最小二乘解算,其中单位权中误差最小的组合就是最优的宽巷模糊度组合;然后对最优组合进行正确性检验以确定宽巷模糊度。确定宽巷模糊度后,可以利用宽巷观测值和载波观测值求出基础模糊度整周解。实验表明,该文提出的模糊度固定方法具有较高的成功率和可靠性,静态数据中模糊度固定成功率达到98.84%,动态数据中模糊度固定成功率达到了99.60%。

关键词：信噪比宽巷模糊度单历元搜索空间单位权中误差

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GPS/BDS组合多天线定姿与精度分析

合肥工业大学学报（自然科学版） 2020年第6期43卷 818-822,854页

作者：杨鸿毅王潜心胡超毛亚柴大帅中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116

文章以全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)多天线定姿原理为基础,通过自编程序分别实现伪距与载波定姿、直接法与最小二乘法定姿,并在全球定位系统(Global Positioning System,GPS)定姿基础上加上北斗卫星导航... 详细信息

文章以全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)多天线定姿原理为基础,通过自编程序分别实现伪距与载波定姿、直接法与最小二乘法定姿,并在全球定位系统(Global Positioning System,GPS)定姿基础上加上北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)数据,实现GPS/BDS组合定姿,分析了单GPS和GPS/BDS组合定姿精度。实验利用2根天线进行静态数据采集,模拟载体静止状态。伪距与载波定姿对比实验表明,载波解算基线的精度能达到mm级,载波测量定姿精度优于伪距测量;直接法和最小二乘法定姿对比实验表明,最小二乘法和直接法定姿略微有所差别,性能基本相当;单GPS和GPS/BDS组合定姿对比实验表明,GPS/BDS组合定姿精度略优于单GPS。GPS/BDS组合多天线定姿解算航向角和俯仰角的标准差分别为0.0051°、0.0126°,具备高精度定姿能力。

关键词： GPS/BDS组合定姿直接法最小二乘法基线

BDS-2/BDS-3联合精密单点定位性能分析

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合肥工业大学学报（自然科学版） 2022年第4期45卷 526-532页

作者：崔健米宏志朱明水马东岭柴大帅山东建筑大学测绘地理信息学院山东济南250101

为了综合评估北斗导航卫星系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)北斗二号(BDS-2)与北斗三号(BDS-3)的数据质量以及BDS-2/BDS-3联合(BDS-2/3)定位性能,文章根据多卫星系统试验网(Multi-GNSS Experiment,MGEX)跟踪站的观测数据,从信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)、多路径(multi-path,MP)效应、卫星可见性和位置精度因子(position dilution of precision,PDOP)方面,对BDS-2和BDS-3卫星数据质量进行分析,并将BDS-3与美国的全球定位系统(Global Positioning System,GPS)在兼容互操作频点上进行对比,进一步分析比较BDS-2和BDS-2/3的静态精密单点定位(precise point positioning,PPP)精度和收敛速度。结果表明:在SNR、MP效应方面,BDS-3的观测数据质量表现较好,在兼容互操作频点上BDS-3的SNR和MP效应表现也较优于GPS,BDS-3的卫星可见性和PDOP值表现较BDS-2差;静态PPP精度方面,BDS-2在E、N、U方向定位误差平均均方根(root mean square,RMS)值分别为3.9、3.6、7.0 cm,其平均收敛时间在E、N、U方向分别为73.1、69.0、73.3 min,BDS-2/3在E、N、U方向定位误差平均RMS值分别为2.3、1.3、4.8 cm,其平均收敛时间在E、N、U方向分别为28.2、25.5、38.0 min;相比于BDS-2,BDS-2/3在收敛速度与定位精度上都有明显改善。

关键词： BDS-2/BDS3联合(BDS-2/3) 精密单点定位(PPP) 定位性能数据质量

GNSS/INS组合导航后处理平滑算法与性能分析

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测绘科学 2022年第5期47卷 1-9,17页

作者：柴大帅桑文刚宁一鹏姚国标于明卫山东建筑大学测绘地理信息学院济南250101 山东天星北斗信息科技有限公司济南250101

针对动态场景下,GNSS/INS组合滤波算法无法提供高精度和高可靠的位姿信息的问题,该文对RTSS平滑算法、前后向平滑算法以及RTSS与前后向平滑联合算法进行了研究,并提出将几种后处理平滑算法运用于GNSS RTK/INS组合导航中,对其参数平滑性... 详细信息

针对动态场景下,GNSS/INS组合滤波算法无法提供高精度和高可靠的位姿信息的问题,该文对RTSS平滑算法、前后向平滑算法以及RTSS与前后向平滑联合算法进行了研究,并提出将几种后处理平滑算法运用于GNSS RTK/INS组合导航中,对其参数平滑性能进行分析。实验结果显示:相比滤波算法,几种后处理平滑算法都能显著改善导航参数的精度;相比后向RTSS、前向RTSS和前后向平滑算法,RTSS与前后向平滑联合算法三维位置RMS都有明显改善;模拟的GNSS数据缺失60 s结果显示,RTSS平滑算法和RTSS与前后向联合算法在位置和速度上改善效果要优于前后向平滑算法。

关键词： GNSS INS 组合导航后处理平滑算法移动测量

BDS-3 PPP不同信号组合及模型定位性能分析

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BDS-3 PPP不同信号组合及模型定位性能分析

第十四届中国卫星导航年会

作者：宋世杰柴大帅宁一鹏贾祥山东建筑大学

北斗三号系统(BDS-3)全球组网的完成增加B1C、 B2a、 B3I等新频点。目前缺少对于BDS-3系统双频信号组合基于不同PPP模型定位性能系统性的分析。本文采用MGEX站的静态观测数据,研究BDS-3系统不同双频信号组合(B1c+B2a、B1c+B3I)基于不同... 详细信息

北斗三号系统(BDS-3)全球组网的完成增加B1C、 B2a、 B3I等新频点。目前缺少对于BDS-3系统双频信号组合基于不同PPP模型定位性能系统性的分析。本文采用MGEX站的静态观测数据,研究BDS-3系统不同双频信号组合(B1c+B2a、B1c+B3I)基于不同PPP模型的定位性能。实验结果表明,无电离层组合模型B1c+B3I组合的定位精度在N、U方向较B1c+B2a组合提升30.8%、53.8%,非差非组合模型B1c+B3I组合的定位精度在N、U方向较B1c+B2a组合提升28.5%、60.7%,两组组合模型E方向B1c+B2a信号的定位精度都要优于B1c+B3I信号组合。

关键词：北斗三号精密单点定位信号组合定位模型

来源： cnki会议评论

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基于信噪比的GNSS随机模型分析

全球定位系统 2016年第5期41卷 42-46,65页

作者：柴大帅王胜利卢秀山山东科技大学测绘学院青岛266590 山东科技大学海洋工程研究院青岛266590

使用差分进行定位时,观测值仍然含有残余的大气延迟以及受到噪声影响。由于信噪比能够很好的反映噪声部分的影响,卫星的高度角与信号传播路径上的大气延迟有很高的相关性,所以利用基于卫星高度角和信噪比的随机模型可以一定程度的削弱... 详细信息

使用差分进行定位时,观测值仍然含有残余的大气延迟以及受到噪声影响。由于信噪比能够很好的反映噪声部分的影响,卫星的高度角与信号传播路径上的大气延迟有很高的相关性,所以利用基于卫星高度角和信噪比的随机模型可以一定程度的削弱这些误差的影响。本文以实测数据对等权随机模型、高度角随机模型和信噪比随机模型的处理效果进行分析,实验结果证明,信噪比随机模型的处理效果最好,高度角随机模型次之,等权随机模型的处理效果最差。同时本文分析了信噪比对伪距观测值质量的影响,并在此基础上对这三种随机模型进行分析,实验结果显示:在数据预处理时选取合理的信噪比可以使这三种模型的定位精度有所提高。

关键词：信噪比 GNSS 等权随机模型高度角随机模型信噪比随机模型

一种基于改进自适应卡尔曼滤波的GNSS/INS组合导航算法

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科学技术与工程 2020年第3期20卷 913-917页

作者：吴晓倩卢秀山王胜利王鸣鹤柴大帅山东科技大学测绘科学与工程学院青岛266000 山东科技大学海洋科学与工程学院青岛266000 中国矿业大学环境与测绘学院徐州221000

在全球卫星导航系统/惯性导航系统(global navigation satellite system/inertial navigation system,GNSS/INS)组合系统中,状态模型误差和异常扰动的影响严重降低了标准卡尔曼滤波的性能,而基于预测残差自适应的卡尔曼滤波随计算次数... 详细信息

在全球卫星导航系统/惯性导航系统(global navigation satellite system/inertial navigation system,GNSS/INS)组合系统中,状态模型误差和异常扰动的影响严重降低了标准卡尔曼滤波的性能,而基于预测残差自适应的卡尔曼滤波随计算次数的增加滤波效果降低,且使用统一的自适应因子调节不可靠。针对上述问题,提出一种改进算法,利用预测残差建立的统计量调节位置向量和速度向量,避免了其他参数对滤波的平衡作用;通过预测残差的概率密度建立马氏距离进行假设检验,在模型正常时使用标准卡尔曼滤波,模型异常时使用改进滤波算法;采用实测车载数据对标准卡尔曼滤波、单因子自适应滤波和本文的滤波方法进行评估,实验结果表明:改进的自适应卡尔曼滤波的滤波算法效果良好,证明了所提算法的有效性。

关键词：组合导航卡尔曼滤波马氏距离自适应因子