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基于北斗/gnss PWV数据构建的短临强降雨模型及其应用

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测绘通报 2024年第9期 96-100页

作者：邓南山刘洋李小伟斯小华雷磊中南冶金地质研究所湖北宜昌443000 武汉大学测绘学院湖北武汉430079

传统降雨预警模型仅局限于预警降雨事件是否发生,忽略了对短临强降雨事件的预警。基于降雨发生前大气可降水量(PWV)表现出明显增长的趋势,本文提出了基于北斗/gnss PWV的短临强降雨预警模型。模型包含PWV值、PWV变化量和PWV变化率3种预... 详细信息

传统降雨预警模型仅局限于预警降雨事件是否发生,忽略了对短临强降雨事件的预警。基于降雨发生前大气可降水量(PWV)表现出明显增长的趋势,本文提出了基于北斗/gnss PWV的短临强降雨预警模型。模型包含PWV值、PWV变化量和PWV变化率3种预测因子,并引入百分位法确定预测因子关键参数的最优阈值。选取湖北省宜昌市5个gnss站点2022年逐小时PWV和降雨数据进行验证,统计结果显示,本文提出的短临强降雨预警模型可预测未来2~6 h内94%的大雨事件,误报率仅为32.84%。

关键词：强降雨预警北斗/gnss PWV 预警模型

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铁路北斗/gnss基准服务平台设计与研发

铁道建筑 2024年第4期64卷 6-10页

作者：黄贤喆王晓凯施文杰丁有康中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 北京铁科特种工程技术有限公司北京100081

为进一步提高铁路控制网的服务效能与信息化水平,实现铁路工务基准复测的自动维护,本文提出了一种铁路北斗/gnss(Global Navigation Satellite System)基准服务平台。分析控制网复测中稳定点与变动点的判断方法,提出位置基准自维护流程... 详细信息

为进一步提高铁路控制网的服务效能与信息化水平,实现铁路工务基准复测的自动维护,本文提出了一种铁路北斗/gnss(Global Navigation Satellite System)基准服务平台。分析控制网复测中稳定点与变动点的判断方法,提出位置基准自维护流程,结合互联网通信与卫星定位等技术,从平台关键技术、框架设计和模块研发方面论述铁路北斗/gnss基准服务平台的研发过程。该系统能够实现基准站位置的自动维护,终端设备定位的高精度播发,减少线路复测过程中的工作量,为铁路工务运维降低部分成本。

关键词：铁路工程基准站系统研发控制网北斗/gnss

北斗/gnss多频载波数据周跳探测与修复方法研究

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北斗/GNSS多频载波数据周跳探测与修复方法研究

作者：班浩飞河南理工大学

学位级别：硕士

北斗全球卫星导航系统(Bei Dou Satellite System,BDS)的全球运营,为全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,gnss)的发展注入了新的活力。但在北斗/gnss的载波相位测量中,如果不能及时发现处理周跳问题,仍将严重影响导... 详细信息

北斗全球卫星导航系统(Bei Dou Satellite System,BDS)的全球运营,为全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,gnss)的发展注入了新的活力。但在北斗/gnss的载波相位测量中,如果不能及时发现处理周跳问题,仍将严重影响导航定位的可靠性和精准性。因此笔者在基于传统周跳探测与修复方法理论的基础上,构建了适合不同数据类型的优化算法。论文的主要研究内容如下:(1)针对传统单频小波变换法会出现周跳漏检以及周跳探测精度不高的问题,提出一种伪距载波组合法辅助小波变换法进行周跳探测与修复。该方法首先使用历元递推检测模型确定小波变换法所探测周跳发生的历元,解决小波变化法周跳漏判以及伪距载波组合法探测阈值过大的问题;然后根据小波变换法和伪距载波组合法在周跳历元的探测值,加权计算出周跳值,提高小波变换法周跳探测的精度。实验结果表明,在电离层平稳时期,该方法对小周跳(2周以内)仍具有很好的探测效果,且探测的准确性和适用性要优于传统的小波变换法。(2)针对传统双频Turbo Edit算法的缺陷,提出一种顾及卫星高度角的Turbo Edit优化算法。该方法根据卫星高度角,首先建立动态电离层预测模型和阈值系数对无几何(Geometry-Free,GF)组合历元差模型进行改进,有效的减少了GF组合历元差模型在低卫星高度角和电离层活跃情况下周跳误判的情况;然后通过动态阈值对Melbourne–Wübeena(MW)组合进行探测,提高MW组合在低卫星高度角情况下周跳探测的正确性。联合改进的GF组合和MW组合的周跳探测值,采用最小二乘降相关平差(Least-squares AMBiguity Decorrelation Adjustment,LAMBDA)算法进行解算,提高周跳修复的准确性。实验结果表明,即使在电离层活跃时期,该方法对不敏感周跳组合,尤其是小周组合仍具有很好的探测效果,不存在周跳误判的现象,相比传统的Turbo Edit法周跳探测的准确性更高,对恶劣环境条件有更好的适用性。(3)为了提高三频数据周跳探测与修复的准确性和效率,尽可能减少组合噪声和电离层延迟误差的影响,以组合噪声和电离层延迟系数最小为基准,分别选取超宽巷(Extra Wide Lane,EWL)、宽巷(Wide Lane,WL)和窄巷(Narrow Lane,NL)组合的最优系数,然后通过三频伪距组合对EWL组合的周跳进行探测;接着利用探测后的EWL组合,完成对WL组合的探测;最后通过探测后的WL组合对NL组合进行探测。由于NL组合波长短,受电离层延迟影响严重,为了进一步削弱电离层的影响,将动态电离层预测模型应用于NL组合的探测值。在完成周跳探测后,联合EWL、WL和NL组合的周跳探测值进行求解,提高三种组合周跳探测的可靠性和效率。实验结果表明,即使在电离层活跃时期,该方法对不敏感周跳组合,尤其是小周组合仍具有很好的探测效果,且在周跳修复时不需要进行复杂的搜索,提高了周跳修复的效率。

关键词：北斗/gnss 周跳载波相位观测值小波变换伪距载波组合动态窗口

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北斗/gnss连续相对定位的稳健估计算法

北斗/GNSS连续相对定位的稳健估计算法

作者：黄永帅武汉大学

学位级别：硕士

2018年12月,我国自主建设和运行的第三代北斗卫星导航系统基本建成,预计2020年5月,北斗3将完成全球组网,为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时(PNT)服务。此外,随着自动驾驶汽车、无人机、无人船、智慧城市等技术的... 详细信息

2018年12月,我国自主建设和运行的第三代北斗卫星导航系统基本建成,预计2020年5月,北斗3将完成全球组网,为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时(PNT)服务。此外,随着自动驾驶汽车、无人机、无人船、智慧城市等技术的发展,对于高精度、高可靠的定位需求愈发强烈。相对定位作为一种目前应用最成熟的卫星定位技术,能为用户提供cm～mm级的定位服务。但是,当发生环境遮挡造成卫星失锁和伪距多路径,或者低成本接收机观测值含有较大误差时,会破坏相对定位结果的可靠性和连续性。在实际应用中,除了精度外,定位结果的可靠性、连续性也是用户关注的重点。针对上述问题,本文提出一种“北斗/gnss连续相对定位的稳健估计算法”,从伪距误差、相位误差、数据中断后的连续定位等多个方面进行研究,提高相对定位结果的可靠性和连续性。论文的主要工作和结论如下:1)系统地总结了北斗/gnss相对定位技术的发展以及目前存在的问题,并从函数模型、随机模型、验前质量控制、验后质量控制、参数估计等方面详细推导和介绍了gnss相对定位参数估计的基本理论与方法。2)提出一种“同时顾及伪距和相位误差的相对定位质量控制方法”。在验后残差检验阶段,该方法首先进行伪距残差的检验,并对伪距和相位误差分别采取删除观测值和初始化模糊度的方式,保证定位结果的可靠性。此外,通过采用相对和绝对两个检验量,提高对含有误差观测值检测的正确率。两组静态和一组船载动态结果表明,本文提出的方法在观测环境好时(伪距误差较小),对定位结果的改善很小;在观测环境较差或者高动态情况下(伪距误差较大),对定位的收敛速度以及定位结果具有很大的改善。3)提出一种“顾及速度和加速度约束的gnss连续相对定位方法”。当发生数据中断后,该方法通过使用中断前的历史历元信息,构建速度和加速度约束的卡尔曼滤波预测方程,并联合当前历元的观测信息进行滤波解算。此外,基于误差传播定律,构建当前历元状态量的方差-协方差信息,充分利用历史信息,保证定位结果的连续性。短基线、中长基线、长基线结果表明,在发生不同时长的中断下,常规方法会导致定位结果的重收敛,而本文提出的方法能够保证位置参数、双差模糊度参数等估计值的稳定性。综上,本文提出的北斗/gnss连续相对定位的稳健估计算法,能够提高北斗/gnss定位结果的可靠性和连续性,对我国北斗在全球范围、多领域的应用具有一定的意义。

关键词：北斗/gnss 相对定位可靠性卡尔曼滤波质量控制

基于共形几何代数的北斗/gnss选星算法研究

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基于共形几何代数的北斗/GNSS选星算法研究

作者：王宁河南理工大学

学位级别：硕士

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,gnss)的不断发展与完善,使得同一历元的可见星数目大幅增多。与单系统gnss相比,多系统gnss在可见卫星数量、定位精度、覆盖完整性、实时性和可靠性方面具有明显的优势,另外,根据G... 详细信息

全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,gnss)的不断发展与完善,使得同一历元的可见星数目大幅增多。与单系统gnss相比,多系统gnss在可见卫星数量、定位精度、覆盖完整性、实时性和可靠性方面具有明显的优势,另外,根据gnss的后方交会定位理论,正确的选星结果对后续的载波相位解算精度也是有益的。但是多系统gnss带来优势的同时,也导致接收机在处理过程中运算量成倍增加。因此,既满足定位精度要求,又改善选星效率,是当前导航定位领域亟待解决的重要问题之一。论文的主要研究内容如下:(1)研究了国内外gnss选星算法,分析了其优缺点,得出GDOP(Geometric Dilution of Precision)值最小、测站与可见导航星构成的多面体体积最大仍然是选星判别理论依据。共形几何代数(Conformal Geometric Algebra,CGA)在几何构型与描述方面具有数形结合的优势,将其引用到多面体体积最大选星中可提高多系统选星算法处理效能。(2)介绍了北斗/gnss时空基准,对多系统时空系统兼容性进行分析。阐述了卫星导航的基本原理及卫星位置的计算流程,给出了基于最小二乘法的导航最优解解算和精度评价主要步骤,引出选星的评价指标,即几何精度因子,并给出其定义。(3)在分析影响GDOP值因素和研究传统选星算法理论的基础上,提出了一种基于矢端多面体体积法的不规则三角网投影的选星算法。该算法通过球体的内接多面体投影出Delaunay不规则三角网,并快速计算出球内接多面体的体积,以此为基础得到多面体的体积与GDOP值之间的关系。实验结果表明,在多系统定位时,选择11颗空间几何分布良好的卫星作为求解卫星,导航定位精度较高,解算时效性得到兼顾。(4)结合高度角选星算法的分区方法,构建了基于CGA理论的伞状选星模型作为匹配基准;根据卫星星历,计算其空间坐标,并转换到站心坐标系,基于CGA理论构建可见星的多重矢量集,给出了基于CGA理论的角度选星匹配判别依据。根据实测的BDS/GPS/GLONASS三系统观测数据验证表明:从6星到17星的组合选星中,基于CGA的快速选星算法与最小GDOP值选星法相比,GDOP值结果相当;当选星数量达到11时,GDOP值基本小于2,能够满足高精度导航定位的需求。在计算耗时方面,基于CGA的选星算法大大优于最小GDOP法。与传统的高度角选星算法相比,由于基于CGA的选星算法合理设计了卫星空间几何分布的均匀性阈值,其GDOP值的稳定性和导航精度均优于传统的高度角选星算法。

关键词：北斗/gnss CGA 几何精度因子选星算法

基于HELMERT多系统加权优化的北斗/gnss选星算法研究

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基于HELMERT多系统加权优化的北斗/GNSS选星算法研究

作者：石俊鹏河南理工大学

学位级别：硕士

北斗/gnss系统经长时间发展,在轨卫星数量突破了一百颗。在近地区域,gnss接收机在同一时刻可接收到30-40颗导航卫星。如何有效地利用好北斗/gnss多系统数据,保障导航精度,改善实时性和可靠性,是值得需要研究解决的问题。如全部可见星参... 详细信息

北斗/gnss系统经长时间发展,在轨卫星数量突破了一百颗。在近地区域,gnss接收机在同一时刻可接收到30-40颗导航卫星。如何有效地利用好北斗/gnss多系统数据,保障导航精度,改善实时性和可靠性,是值得需要研究解决的问题。如全部可见星参与解算,将产生巨大的数据冗余,同时数据解算速率将受到大大影响。为了保证数据解算精度和速度,如何通过适当的选星算法,选择出合适的导航卫星,即保证了数据解算精度又保证了数据计算实时性,快速、准确是高精度卫星导航研究与应用需要解决的主要问题之一。鉴于此,论文的主要研究内容如下:(1)使用Matlab2017b编程软件,建立了基于RINEX格式的数据解算平台,实现了BDS、GPS、GLONASS三系统的卫星坐标解算、卫星钟差改正、坐标系统统一、时间系统统一以及最后基于最小二乘原理的三个钟差和接收机坐标的数据解算。(2)利用赫尔默特方差分量估计理论解决北斗/gnss多系统定权问题,进行了BDS/GPS/GLONASS三个导航系统加权优化的最小二乘解算。赫尔默特方差估计能够通过权阵优化,合理分配北斗/gnss多系统观测值在定位解算中的权值,使得未知参数的方差达到最小,从而改善导航定位的精度。但传统的赫尔默特方差估计优化处理,需要多次迭代计算才能达到方差最小,计算耗时较大。为此,结合导航卫星运行规律,给出了以前一历元结果作为后一历元初始值的权阵优化方法,减少了迭代计算次数,提高了计算效率。实验结果表明:采用初始值方法改进后的赫尔默特方差分量估计加权算法,平均迭代计算次数从传统的8次降到了4次,且算法比较平稳,其定位精度优于等权定位方法。(3)北斗/gnss多系统选星计算中存在大维度矩阵计算问题,主成分分析能够利用特征值和特征向量揭示大维度矩阵和影响因素的关系,为了提高选星效率,结合坐标旋转理论,提出了一种基于主成分分析的快速选星算法。具体思路:首先对可视星系数矩阵进行矩阵分解,解算出特征向量和特征值,再依据此特征向量构建新坐标系,通过坐标旋转变换,得出各卫星在该新坐标系的坐标;考虑定位精度受三个坐标轴方向导数和接收机钟差影响,给出了新坐标值与特征值相结合的选星贡献率排序标准;最后,基于Sherman-Morrison公式对选星数量进行合理估计,能够在无人工干预下,合理确定选星数量。(4)进行了上述算法理论的实验数据验证。针对北斗星通和芯星通UB4B0M板卡,利用Matlab2017b平台编写实时数据传输、存储、计算程序。实现了数据的实时传输与解算。计算结果表明:当选星数量达到12颗时,基于类主成分选星算法的绝大多数GDOP值已小于2,已满足高精度导航定位的要求;当选星数量继续增加时,其GDOP值下降已不明显,但计算量却是不断增加;基于Sherman-Morrison公式的自主选星数量算法也表明,当选星数量达到12颗时,93.54%概率下GDOP小于2,进一步说明,基于Sherman-Morrison公式可辅助基于类主成分选星算法达到自主确定选星数量的效果。

关键词：北斗/gnss 主成分分析贡献率 GDOP

面向北斗/gnss非差模糊度固定的精密钟差和相位偏差产品综合

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面向北斗/GNSS非差模糊度固定的精密钟差和相位偏差产品综合

作者：潘元欣武汉大学

学位级别：硕士

精密卫星钟差产品是实现精密单点定位技术(Precise Point Positioning,PPP)的重要基础。国际gnss服务组织(International gnss Service,IGS)从1994年开始便开始进行GPS的钟差综合工作,以便提供比单个分析中心(Analysis Center,AC)产品更加稳定可靠的综合产品。但是IGS的钟差综合策略自2001年修订以来,至今没有进一步的修改,已经无法满足目前繁荣发展的多系统gnss的精密钟差产品综合需求,尤其是我国的北斗系统。此外,目前IGS AC开始提供与钟差产品配套的多系统gnss相位偏差产品;可靠的相位偏差产品是实现PPP-AR(Ambiguity Resolution)的关键,可以显著提高PPP的收敛速度和定位精度。但是目前国际上鲜有面向多系统gnss钟差综合的研究,亦缺少多系统相位偏差的综合可行性及相应算法的研究。本文从这一迫切的实际需求出发,深入地研究了面向北斗/gnss非差模糊度固定的精密钟差和相位偏差综合算法,并基于多个算例验证了算法的有效性和综合产品的性能。本文深入分析了多系统gnss精密钟差的构成部分及其时变特性,除钟差基准、模型误差、初始钟偏差外重点分析了各个AC间系统间偏差的差异,并基于此构建了多系统gnss精密钟差的数学模型,设计了相应的钟差综合策略。与IGS发布的2019全年的GPS钟差综合结果进行了对比,发现在AC钟差基准异常等IGS的综合策略无法处理的特殊情况下,本文的综合算法依然能够适用。此外,GPS、Galileo、GLONASS和BDS-2/3的钟差综合实验显示它们分别能达到11.6 ps、11.5 ps、45.5 ps、20.5 ps和26.4ps的AC间钟差一致性。使用综合产品进行GREC四系统PPP静态定位可以在东、北、高三个方向分别达到2.3 mm、1.5 mm和5.6 mm的坐标重复性精度,优于大部分AC的产品。同时深入分析了GLONASS钟差综合时AC间一致性不佳的原因,指出是AC间GLONASS轨道产品较大的切向和法向差异引起了钟差差值的线性及非线性变化。在多系统钟差综合研究的基础上,本文设计了一种基于宽窄巷UPD(Uncalibrated Phase Delay)的北斗/gnss多系统钟差和相位偏差的联合综合方法。将原始相位偏差统一转化为宽窄巷UPD,同时将窄巷UPD和卫星钟差融合为整数钟差产品,分步综合宽巷UPD和整数钟差。GPS、Galileo和BDS-2/3的钟差和相位偏差综合实验显示,宽巷UPD综合残差分别有99.98%、98.59%、100%和99.80%小于0.1周,一致性较好;得益于整数钟差的整数特性,其综合残差的RMS分别可以达到5.9 ps、6.4 ps、10.6 ps和10.9 ps。使用综合产品分别可以实现GPS、Galileo和BDS-2/3平均91.1%、98.2%、93.1%和94.2%的宽巷固定率,以及96.9%、97.5%、82.6%和92.7%的窄巷固定率,产品鲁棒性优于大部分AC。基于综合产品,GE双系统的PPP-AR静态定位可以在东、北、高三个方向分别达到1.4 mm、1.4 mm和4.8 mm的坐标重复性精度,且约有75%的测站在使用综合产品时能获得较原始AC产品更高的定位精度。全球范围内单北斗的PPP-AR静态定位可以在东、北、高三个方向分别达到2.4 mm、2.5 mm和7.6 mm的坐标重复性精度。单北斗动态定位受限于实验期间AC产品支持的BDS-3卫星数,在全球范围内仅能达到平均3.4 cm、2.6 cm和6.7 cm的东、北、高定位精度。此外,本文还使用部分AC提供的姿态产品验证了在钟差综合时改正姿态差异,可以显著地削弱甚至消除地影期AC间卫星姿态模型差异导致的钟差不一致。

关键词：非差模糊度固定北斗/gnss 钟差综合相位偏差综合

基于UERE加权的北斗/gnss多系统选星算法研究

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基于UERE加权的北斗/GNSS多系统选星算法研究

作者：牛月河南理工大学

学位级别：硕士

实时高精度的导航定位对于国民经济发展和国防安全建设至关重要。随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,gnss)的持续发展与完善,同一时刻可见卫星数量大幅增加,导致接收机在数据处理过程中的运算量成倍增加。因此,... 详细信息

实时高精度的导航定位对于国民经济发展和国防安全建设至关重要。随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,gnss)的持续发展与完善,同一时刻可见卫星数量大幅增加,导致接收机在数据处理过程中的运算量成倍增加。因此,如何在满足定位精度需求的前提下,提高选星效率成为了多系统组合导航中一个重要的问题和挑战。本研究在深入学习选星理论的基础上,基于用户等效距离误差(User Equivalent Range Error,UERE)构建了两种改进的快速选星算法。论文的主要研究工作如下:(1)阐述了目前国内外选星算法的进展,对传统选星算法进行了介绍并分析了其优缺点。对卫星导航的相关理论进行了分析,给出了基于最小二乘法的导航最优解主要解算步骤,并在选星的精度指标——几何精度因子(Geometric Dilution of Precision,GDOP)的基础上,分析了加权优化的必要性。(2)针对全球卫星导航系统四系统可见星测距误差不等、传统公式计算的GDOP值无法准确表示多系统组合选星精度和效率等问题,在分析各种误差对定位结果影响的基础上,提出一种基于UERE的加权选星方法。该方法首先对不同系统的UERE进行分析,构建了一种顾及多种误差的UERE计算模型,然后根据谢尔曼-莫里森(Sherman-Morrison)公式增选可见星,进一步提高选星的时效性。实验结果表明,该加权选星算法减少了运算时间,提高了多系统选星的计算运行效率。(3)针对传统选星算法效率低、难以保证定位精度的问题,提出了一种改进的最大行列式法,该方法首先采用四面体体积法确定四颗卫星,然后用最大行列式法确定剩下的卫星,之后按比例取行列式最大的一部分计算其加权几何精度因子(Weighted Geometric Dilution of Precision,WGDOP),以WGDOP为选星的评判依据,兼顾定位精度和运行效率进行选星。实验结果表明:基于伪距单点定位,用文中提出的模型得到的最小GDOP值和WGDOP值均小于2,满足了精度要求。相比传统方法,改进方法伪距单点定位的精度和效率有极大的提高:单系统、双系统、三系统和四系统的定位精度分别提高了41.2%、41.4%、42.9%和44.6%,其定位效率分别提高了84.0%、84.3%、73.2%和68.5%,在改善精度的同时又提高了时效性。在基线解算方面,改进方法在保证基线解满足一定精度要求的前提下,运行效率比起传统方法大幅提高,单系统、双系统、三系统和四系统的基线解效率分别提高了70.3%、69.5%、71.8%和72.9%。(4)针对传统选星算法计算量大,搜索时间长的问题,提出了一种基于高度角和方位角改进的选星算法。该算法根据不同的选星数目以高度角和方位角为依据确定顶座星和底座星,并用WGDOP作为精度指标来确定选星结果,以保证定位精度和时效性。实验数据表明:该算法在伪距单点定位中,能够显著提高定位精度和定位效率:单系统、双系统、三系统和四系统的定位精度分别提高了58.8%、59.5%、59.7%和62.5%;其定位效率分别提高了90.5%、90.1%、82.9%和75.4%。在进行基线解算时,与传统方法相比,在保证精度的同时对解算效率有极大的提高,单系统、双系统、三系统和四系统的基线解效率分别提高了65.8%、66.7%、68.6%和71.2%。

关键词：北斗/gnss 几何精度因子选星算法 UERE 加权 Sherman-Morrison算法

复杂环境北斗/gnss双频差分定位关键技术研究

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复杂环境北斗/GNSS双频差分定位关键技术研究

作者：崔均烨山东建筑大学

学位级别：硕士

当前,随着智能驾驶、移动测图、智慧城市等行业的发展,对于城市环境中高精度、高可靠性的定位技术的需求愈演愈烈。2020年7月,北斗三号全面组网完成,为用户提供更高质量的全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时(PNT)服务,通过配合GP... 详细信息

当前,随着智能驾驶、移动测图、智慧城市等行业的发展,对于城市环境中高精度、高可靠性的定位技术的需求愈演愈烈。2020年7月,北斗三号全面组网完成,为用户提供更高质量的全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时(PNT)服务,通过配合GPS、GLONASS等其他导航定位系统形成多系统融合定位,城市复杂环境下的定位精度和可信度得到了极大改善。载波相位差分定位作为一种目前应用最为广泛和成熟的卫星定位技术,能为用户提供厘米至毫米级的定位服务。但是,在复杂的动态环境下,卫星信号极易受到遮蔽环境影响,无法保证定位结果的可信度。本文针对上述问题,深入开展复杂环境应用场景下差分定位技术研究,重点突破周跳探测与修复、模糊度固定等关键技术,创建一套适用于复杂环境的精密定位技术服务,该服务以北斗系统为主,兼容其他gnss系统。论文的主要内容及成果如下:(1)系统性地分析了北斗/gnss载波相位差分定位技术的发展以及目前存在的不足,并从GPS/BDS/GLONASS系统的函数模型、随机模型、参数估计等方面详细推导和介绍了 gnss相对定位的基本理论。通过一组短基线数据对七种定位方式(G、B、R、G+B、G+R、G+R、G+B+R)进行多系统融合定位实验。结果表明,多系统融合定位方案在可用卫星数、模糊度固定率、定位精度方面相比于单系统、双系统方案均得到了进一步改善。(2)gnss动态定位中周跳的探测与修复极易受到多路径环境的影响,卫星信号会因多路径效应引起整周跳变,更严重时会导致信号失锁,周跳估值的确定因历元间变化剧烈的伪距多路径残差影响而不准确,进而使得传统双频MW组合周跳探测模型无法精准探测。针对周跳在强多径环境中的精确探测与可靠修复,以BDS双频观测值为例,本章节提出了 AMG周跳探测与修复方法,构建了 AR模型辅助的周跳检验量,给出了周跳探测误检率、漏报率的评价指标。结果表明,AMG周跳探测与修复方法削弱了伪距多路径效应对周跳探测的影响,可以有效解决强多路径环境下的周跳探测与修复不准确的问题。相比于传统方法,AMG组合周跳修复率提升了 36%,且周跳误探率和漏探率分别降低了 64.5%、42.0%。(3)在动态环境下,模糊度因gnss信号具有脆弱性,极易受到遮蔽或半遮蔽环境的影响导致固定失败,进而引起差分定位结果出现较大偏差。因此,为了提高模糊度固定的准确性,本文提出一种参考验后残差绝对值+高度角信息的部分模糊度固定方法,用以剔除低观测水平的卫星对模糊度固定带来的不良影响,从而改良在城市复杂环境中模糊度固定的可靠性,为高精度、高可信定位带来更多可能。实验结果表明,部分模糊度固定方法有效改善了导航参数的估计性能。相比于传统全模糊度固定方法,模糊度固定率提升5%,并且N、E、U三个方向的精度分别改善了29%、50.4%和3.1%。(4)本章节以一组车载实测数据为例,对复杂环境差分定位方法进行可行性和精度分析。单系统中BDS系统完成了定位解算,但最大存在米级的误差。双系统中,GPS+BDS系统的定位结果最好。多系统进一步改善了双系统的定位精度,在N、E、U三向定位精度方面分别提升了 40%、43%和36%。与常规的全模糊度固定策略相比,部分模糊度固定策略在N、E、U方向上的定位精度分别提升了53%、59%和2%。三类常见复杂场景下的动态部分模糊度固定算法实验结果表明,无论是历元解算数量还是定位精度,相比于全模糊度固定策略,部分模糊度固定策略显著提升复杂环境下差分定位的可靠性和定位精度。

关键词：北斗/gnss 载波相位差分定位多系统融合周跳探测与修复部分模糊度固定