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非线性基线长约束条件线性化近似对模糊度解算的影响

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测绘学报 2015年第2期44卷 168-173,182页

作者：聂志喜王振杰欧吉坤姬生月中国石油大学(华东)地球科学与技术学院山东青岛266580 中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室湖北武汉430077

GNSS动态相对定位中常附加非线性的基线长约束进行解算,而LAMBDA方法只能处理无约束或者线性约束的模型,为了应用LAMBDA方法,应对非线性约束条件进行线性化近似。通常附加该约束后,模糊度固定成功率会提高,但对于超短基线有时反而会降... 详细信息

GNSS动态相对定位中常附加非线性的基线长约束进行解算,而LAMBDA方法只能处理无约束或者线性约束的模型,为了应用LAMBDA方法,应对非线性约束条件进行线性化近似。通常附加该约束后,模糊度固定成功率会提高,但对于超短基线有时反而会降低。何种条件下附加线性化近似的基线长约束条件可以提高模糊度固定成功率尚未有定论。本文基于附加基线长约束的GNSS相对定位数学模型,推导基线长约束条件线性化近似余项对浮点解的最大影响值公式,给出基线长约束能否线性化近似的诊断条件。当该条件满足时,线性化近似余项影响可以忽略,附加线性化近似的基线长约束可以改善浮点解解算精度,提高模糊度固定成功率;若不满足,则线性化近似余项影响可能不可以忽略,附加约束会因浮点解有偏不能固定为正确的模糊度,并通过算例验证了相关结论。

关键词：动态相对定位基线长约束线性化近似余项影响诊断条件

顾及轨检信息和对流层影响的精密动态定位方法

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顾及轨检信息和对流层影响的精密动态定位方法

作者：何福秀西南交通大学

学位级别：硕士

高速铁路的高速发展,给出行带来了跨时代进步,轨道平顺性和列车安全性备受关注,促使轨道检测技术不断更新进步,日趋成熟。随着全球导航卫星系统(GNSS)的快速发展,其以高精度、全天候的优势渗透于各个应用领域。将卫星导航系统应用到列... 详细信息

高速铁路的高速发展,给出行带来了跨时代进步,轨道平顺性和列车安全性备受关注,促使轨道检测技术不断更新进步,日趋成熟。随着全球导航卫星系统(GNSS)的快速发展,其以高精度、全天候的优势渗透于各个应用领域。将卫星导航系统应用到列车定位中,能充分发挥卫星资源的突出优势,突破轨道检测的诸多难题且能优化铁路系统的位置服务功能。将GNSS引入轨道检测,有望显著提高轨道检测的速度,但卫星信号由于受到卫星误差、接收机误差以及传播过程中的误差影响,大大限制了GNSS动态定位的精度。成熟的轨检技术能提供精确的轨道内部几何参数信息,可为卫星定位提供准确的先验信息或约束条件,有助于提高GNSS应用于轨道测量的精度。相对定位中常采用双差模型,能极大的削弱各项公共误差影响,但对于GNSS在轨道运输这种高差跨度较大的领域应用研究中,对流层残差的影响也不容忽视。因此本文研究了顾及轨检信息与对流层影响的动态相对定位方法:总结了对流层延迟估计方法,包括几种常见的模型和几种参数估计法,考虑到列车实际运行环境复杂,高差跨度可能较大,借鉴多参数估计法,研究了直接将参考站与流动站间相对对流层延迟作为参数,与坐标参数一同进行单历元估计的方法。从实验结果得出在短基线解算中,若高差不大的情况下不附加对流层延迟参数较好。研究了将轨距信息作为约束条件的多天线相对定位方法,推导了附有轨距约束的多天线动态相对定位模型,通过算例分析,轨距信息能较好的约束轨检小车上GNSS天线的相对位置,较无约束情况下定位精度提高了8.72%2.89%,轨距约束条件对定位结果有明显改善。

关键词：轨检信息双差模型对流层延迟动态相对定位参数估计

长航时长距离机载GNSS动态定位中参考卫星与参考测站的自适应更换方法

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导航定位学报 2013年第1期1卷 28-33页

作者：王潜心中国测绘科学研究院北京100830 地理信息工程国家重点实验室西安710054

相对定位技术是目前GNSS定位中精度最高、可靠性最好的一种定位模式。但在长航时、长距离的机载GNSS动态相对定位中,经常需要更换参考卫星和参考测站。如何合理有效的更换参考卫星和参考测站,是保证长航时长距离机载GNSS相对定位稳定性... 详细信息

相对定位技术是目前GNSS定位中精度最高、可靠性最好的一种定位模式。但在长航时、长距离的机载GNSS动态相对定位中,经常需要更换参考卫星和参考测站。如何合理有效的更换参考卫星和参考测站,是保证长航时长距离机载GNSS相对定位稳定性、连续性和可靠性的一项关键技术。对此本文提出了一种"自适应换星换站"法来解决这一问题。对于"换星"采用一个通用转换矩阵来实现换星前后双差模糊度的等价变换;对于"换站"利用等价消参法将换站前后的数据进行严格的自适应融合,以保持整个解算过程的连续性和稳定性。通过实测机载GNSS数据的解算,检验了该方法的可行性和有效性,其定位结果精度优于2cm。

关键词：动态相对定位参考卫星参考测站等价消参

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GNSS RTK实时自适应换站方法

测绘通报 2022年第11期 44-48,89页

作者：宋晓迪王磊林高宇何飞扬郭际明武汉大学测绘学院湖北武汉430079 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079

在中长基线的GNSS动态相对定位中,随着基线长度的增加,参考站与流动站之间误差的相关性会下降,导致模糊度无法快速固定,定位性能下降。在多GNSS参考站条件下,可以通过自适应选择距离更近的参考站,形成更加合理的基线,以保障RTK定位的精... 详细信息

在中长基线的GNSS动态相对定位中,随着基线长度的增加,参考站与流动站之间误差的相关性会下降,导致模糊度无法快速固定,定位性能下降。在多GNSS参考站条件下,可以通过自适应选择距离更近的参考站,形成更加合理的基线,以保障RTK定位的精度。为解决换站后重新初始化模糊度所带来的定位结果重新收敛问题,本文提出了一种GNSS RTK实时自适应参考站换站算法,引入原参考站与新参考站之间的双差模糊度作为辅助,从而得到准确的新参考站与流动站之间的双差模糊度先验信息,避免了换站后模糊度的重新初始化,得到了连续的高精度定位结果。该方法可适用于实时定位,能够满足大范围RTK高精度连续定位的需求。利用香港CORS站数据进行验证,结果表明,本文换站算法能够克服换站导致的定位重收敛问题,且能够保障换站前后获得连续的高精度定位结果。

关键词：中长基线动态相对定位双差模糊度 RTK 参考站切换

全球定位系统（GPS）在道路与交通工程中的应用前景

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中国公路学报 1996年第2期9卷 47-51页

作者：姚连壁朱照宏同济大学

运用卫星信息的全球定位系统是８０年代兴起的一门新技术，在道路勘测与交通管理中有着广阔的应用前景。本文简要介绍了它的发展过程、工作方式及特点，阐述了静态及动态相对定位在道路与交通工程中的应用及发展前景，对道路与交通工程... 详细信息

运用卫星信息的全球定位系统是８０年代兴起的一门新技术，在道路勘测与交通管理中有着广阔的应用前景。本文简要介绍了它的发展过程、工作方式及特点，阐述了静态及动态相对定位在道路与交通工程中的应用及发展前景，对道路与交通工程中实际采用的坐标系统、高程系统与ＧＰＳ的转化、计算进行了分析探讨，旨在为今后ＧＰＳ在该领域中的研究和应用起到促进作用。

关键词：全球定位系统动态相对定位静态相对定位坐标系统高程系统

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惯导辅助GNSS整周模糊度快速固定

合肥工业大学学报（自然科学版） 2018年第9期41卷 1238-1243页

作者：姜冬致陶庭叶朱新宇合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

为了实现高精度全球定位系统(global positioning system,GPS)动态相对定位,文章根据惯性导航系统(inertial navigation system,INS)短时间内精度较高,不易受到外界干扰的特点,提出使用INS输出的位置信息辅助确定整周模糊度算法。在分析... 详细信息

为了实现高精度全球定位系统(global positioning system,GPS)动态相对定位,文章根据惯性导航系统(inertial navigation system,INS)短时间内精度较高,不易受到外界干扰的特点,提出使用INS输出的位置信息辅助确定整周模糊度算法。在分析INS精度的基础上,利用INS辅助确定模糊度,比较恢复整周模糊度所需要的时间,评估加入INS对固定整周模糊度的帮助。实验结果表明,如果出现短时间的信号失锁,在INS的辅助下,固定模糊度所需要的时间可以被大幅度缩短;当信号失锁持续2s内时,整周模糊度可以被瞬时恢复。

关键词：全球卫星导航系统(GNSS) 整周模糊度惯性导航系统(INS) 动态相对定位

惯导辅助GNSS整周模糊度快速固定算法与实现

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惯导辅助GNSS整周模糊度快速固定算法与实现

作者：姜冬致合肥工业大学

学位级别：硕士

对于GNSS动态相对定位,当卫星信号被遮挡、干扰时,会导致失锁。在信号重新捕获时,如何快速、准确的确定整周模糊度是研究的热点和难点问题,也是实现高精度GNSS动态相对定位的关键。根据惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)短... 详细信息

对于GNSS动态相对定位,当卫星信号被遮挡、干扰时,会导致失锁。在信号重新捕获时,如何快速、准确的确定整周模糊度是研究的热点和难点问题,也是实现高精度GNSS动态相对定位的关键。根据惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)短时间内精度较高,不易受到外界干扰的特点,如果采用INS输出的高精度定位结果作为先验信息,辅助GNSS固定整周模糊度,可以缩小模糊度搜索空间,较少固定整周模糊度所需要的时间。本文提出了使用INS输出的位置信息辅助确定整周模糊度算法:在分析INS独立导航精度的基础上,利用INS辅助确定模糊度,比较恢复整周模糊度所需要的时间,评估加入INS对固定整周模糊度的帮助。本文的研究内容主要包含以下几个方面:1.介绍了INS解算中常用的坐标系,给出了地心地固坐标系下INS解算载体位置的原理及过程,并使用模拟数据对算法进行验证,结果表明INS具有短时间内精度较高的特点,但误差会随时间积累,并呈指数型增长。2.介绍了GNSS载波相对定位和整周模糊度解算算法,其中重点介绍了最小二乘降相关平差法(Least-square AMBiguity Decorrelation Adjustment,LAMBDA)算法。然后使用模拟数据验证了算法正确可靠。3.使用实测数据分别计算了GNSS独立解算和INS辅助下的整周模糊度固定时间,并进行定量对比,结果表明,如果出现短时间的信号失锁,在INS的辅助下,固定模糊度所需要的时间可以被大幅度缩短;当信号失锁持续两秒内时,整周模糊度可以被瞬时恢复。

关键词： GNSS 惯性导航系统整周模糊度动态相对定位

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GPS/BDS精密相对定位技术研究

GPS/BDS精密相对定位技术研究

作者：吕金浩解放军信息工程大学

学位级别：硕士

卫星导航是利用全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)引导载体沿着指定的路线安全、准时、准确地到达目的地的一门技术。目前,卫星导航接收机可提供个人定位、商业定位、导航、勘测和测定精确时间等多种用途。在... 详细信息

卫星导航是利用全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)引导载体沿着指定的路线安全、准时、准确地到达目的地的一门技术。目前,卫星导航接收机可提供个人定位、商业定位、导航、勘测和测定精确时间等多种用途。在民用领域,卫星导航系统在交通运输业、勘探业、农业等行业发挥重要作用[1]。在军用领域,卫星导航系统的应用也非常广泛。在精确制导和打击效果评估、全时域的自主导航、未来单兵作战系统保障、军用数字通信网络授时、各种作战平台的指挥监控等诸多领域都有着广泛的应用。虽然目前GPS卫星导航系统技术已比较成熟,是目前应用最广泛的卫星导航系统,但是在可靠性、完好性等领域仍存在很多问题。因此,为了解决这些问题,利用多个导航系统进行组合导航定位,这样可以有效的增加观测量的个数,提高导航定位服务的质量,并且可以提高整个组合系统的定位性能,扩展卫星导航的应用领域。近些年来随着北斗卫星导航系统的快速发展,GPS/BDS组合定位技术已经成为卫星导航领域的一个主要研究方向。因此,本文系统地研究了GPS/BDS组合相对定位的理论与方法,设计了相关核心算法,编制了相关程序,并通过实测数据验证了所涉及理论与方法的正确性。本文的主要工作及结论如下:1.介绍了GPS/BDS相对定位的观测模型,包括非差观测量、单差观测量、双差观测量。研究了GPS/BDS相对定位的误差模型,包括卫星轨道误差、卫星天线相位中心偏差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、接收机天线相位中心偏差、多路径效应和观测噪声的影响和改正方法。2.对GPS/BDS相对定位中存在的一些问题进行了研究。首先研究了组合定位的时空基准统一问题,给出了现有的解决方法。研究了双频观测值线性组合的理论,对组合观测值的定位和选取标准进行了说明,分别对GPS及BDS的无电离层组合、宽巷组合、窄巷组合、超宽巷组合进行了列表分析,指出了这几种组合的优缺点。研究了基于GPS/BDS组合的双差观测模型构建,针对组双差时按照选取同一系统和不同系统参考卫星的情况进行了分析,并给出了解决方式。然后阐述了现有的几种GPS/BDS相对定位的定权方法,包括等权法、高度角定权法、误差分布律概率密度函数定权法、赫尔墨特方差分量估计定权法,并在高度角定权的基础上提出了GDOP定权法,进行了算例分析,通过与高度角定权法的比较,证明了此方法的有效性。3.研究了GNSS整周模糊度估计的过程,对卡尔曼滤波法估计模糊度实数解的方法进行了论述,阐述了卡尔曼基本滤波模型和基于组合定位的用前向滤波进行模糊度实数估计的方法,研究了双向滤波,并给出了其优势及适用范围。介绍了经典且目前应用最广泛的模糊度搜索算法(LAMBDA法)。并针对利用常用的连续模糊度搜索方法解算时,如果前一个历元的模糊度解算结果较差,则当前历元的解算结果会受到影响,且这种影响在初始化时较为明显的问题,采用了一种顾及前后历元的模糊度搜索方法。可充分利用多历元的信息,在利用LAMBDA方法进行完模糊度的搜索后对结果再进行Χ检验,提高前一个历元模糊度解算结果的精度,减少了初始化时间。通过实测数据,验证了此方法的可用性及优势。介绍了整周模糊度的确定准则,对常用的Ratio检验法、观测值残差法、相位残差多项式拟合检验法进行了理论分析。4.介绍了GPS/BDS相对定位解算的一般步骤,编制了GPS/BDS相对定位程序,并给出了主要模块的流程图。通过实测数据,运用自编程序对GPS/BDS静态相对定位和动态相对定位数据处理结果进行了精度分析。结果表明:组合系统大幅度增加了卫星的可见数,卫星空间分布的几何强度相比于单系统有了明显改善。用静态模式处理从31.5km到72km不同长度的6条基线,E方向最大定位误差为1.95cm,N方向最大定位误差为1.72cm,U方向最大定位误差为4.16cm。进行了动态相对定位的实验,基线最小长度为0.4km,最大长度为25.8km,将自编程序的GPS/BDS组合定位结果,与Graf Nav软件解算结果进行比较,验证了自编程序的可用性,采用自编程序进行GPS/BDS动态相对定位精度可达cm级。5.分析了卫星截止高度角分别为10度、15度、30度、40度对定位的影响,在静态模拟动态定位中,高度截止角为15度的定位精度相比于10度、30度要好,组合系统的定位精度要略高于单系统。当高度截止角高于40度时,单系统的可观测到卫星数量减少,甚至长时间无法获得固定解,组合系统可以增加可见卫星数和空间几何分布强度,在观测条件较差的情况下依然能够满足精密定位的需求,拓宽了卫星导航的应用领域,提高了模糊度固定率,稳定性和可用性高。

关键词： GPS/BDS 组合相对定位组合观测值定权模糊度 LAMBDA方法扩展卡尔曼滤波动态相对定位静态相对定位精度鉴定

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多场景下BDS/GNSS相对定位性能评估

多场景下BDS/GNSS相对定位性能评估

作者：雷盼荣长安大学

学位级别：硕士

随着各国卫星导航系统的不断发展与革新,全球卫星导航系统(GNSS)已进入多系统联合定位的时代。目前,GNSS在轨卫星总数已超过130颗,卫星数量的增加有利于提高定位精度和可靠性。与此同时,随着各行业对高精度定位需求的不断提高,多模多频... 详细信息

随着各国卫星导航系统的不断发展与革新,全球卫星导航系统(GNSS)已进入多系统联合定位的时代。目前,GNSS在轨卫星总数已超过130颗,卫星数量的增加有利于提高定位精度和可靠性。与此同时,随着各行业对高精度定位需求的不断提高,多模多频融合定位已成为未来卫星导航定位的发展趋势,因此有必要对多模多频GNSS相对定位的性能进行综合评估。本文的主要研究内容及结论如下:(1)对GNSS相对定位理论进行了较为详细的阐述。对相对定位的函数模型和随机模型进行了公式推导和分析,给出了多GNSS时空基准统一方法,介绍了定位过程中存在的主要误差及其相应的修正方法,阐述了GNSS参数估计中的最小二乘法和卡尔曼滤波法,对模糊度固定理论及检核方法进行了简单介绍。(2)对GNSS数据质量进行全面、系统的评估。文中基于数据完整性、信噪比、多路径效应、周跳比、伪距噪声、载波相位噪声等指标进行观测数据质量研究。结果表明,各测站的数据完整率均值均在90%以上;信噪比和多路径误差均与卫星高度角存在一定的相关性,卫星高度角越高,信噪比数值越大,多路径误差越小;各测站的周跳比数值均有所不同,其中CUT0与PERT两个测站的周跳比数值较小;各测站的伪距噪声均有所差异,WUH1站的伪距噪声最大,为0.044m;各测站的载波相位噪声相差不大,均优于0.02周。(3)设计了零基线、短基线、中长基线、长基线等观测场景,开展了单系统、多系统组合的静态相对定位研究。实验结果表明:1)多系统组合在卫星数、位置精度因子(Position Dilution of Precision,PDOP)、定位精度和模糊度固定率等方面均优于单系统,四系统组合的定位精度优于三系统的定位精度,三系统组合的定位精度优于双系统的定位精度,同时,模糊度固定率也符合这种规律;2)在基线长度小于15km的情况下,可以实现水平方向优于2cm、垂直方向优于3cm的定位精度,并且模糊度固定率均大于97%;3)当基线长度介于15km至100km之间时,除了Galileo系统外,其它单系统及多系统组合均能够实现优于3cm的水平定位精度和优于6cm的垂直定位精度,并且模糊度固定率均不低于92%;4)当基线长度超过100km时,单系统的水平方向相对定位精度可以达到优于9cm,高程方向精度可以达到优于10cm,同时模糊度固定率可以达到70%以上;而多系统组合的水平方向定位精度可以达到优于5cm,高程方向的定位精度可以达到优于7cm,并且模糊度固定率均可以达到90%以上。(4)设计了车载动态基线测试场景,研究了GNSS单系统和多系统组合的动态相对定位。实验结果表明:四系统组合的定位精度在水平方向优于9cm,高程方向优于10cm,同时模糊度固定率优于89%。相较于单系统,多系统组合的定位精度更优。此外,四系统组合的定位精度要优于三系统组合的精度,而三系统组合的定位精度则优于双系统组合的精度。

关键词： GNSS BDS 数据质量分析静态相对定位动态相对定位定位性能评估