GPS精密單點(diǎn)定位算法及故障診斷研究.pdf

1、精密單點(diǎn)定位技術(shù)是GPS領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文主要研究GPS精密單點(diǎn)定位理論和算法,其主要貢獻(xiàn)如下:
　　 1.采用Kalman濾波處理靜態(tài)GPS數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)GPS數(shù)據(jù)。針對(duì)載體不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài),給出不同的狀態(tài)方程和觀測(cè)方程,并利用多組數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證?？紤]運(yùn)動(dòng)載體多接收機(jī)之間的距離為固定常數(shù),提出距離約束的動(dòng)態(tài)精密單點(diǎn)定位,提高其精度和可靠性。
　　 2.使用方差分量估計(jì)調(diào)整偽距與載波相位觀測(cè)值的權(quán)比。在精密單點(diǎn)定位中,偽距

2、與載波相位觀測(cè)值的權(quán)比一般為固定常數(shù),這與實(shí)際測(cè)量情況不符,另外這也不利于提高模糊度的收斂速度。采用簡(jiǎn)化Helmert方差分量估計(jì)實(shí)時(shí)地調(diào)整兩類觀測(cè)值的權(quán)比,提高模糊度收斂速度和定位精度。
　　 3.討論了基于CORS對(duì)流層延遲信息的精密單點(diǎn)定位。若觀測(cè)時(shí)間內(nèi)發(fā)生下雨、下雪等天氣變化,采用一般對(duì)流層延遲模型將無(wú)法得到高精度的天項(xiàng)延遲量。根據(jù)CORS網(wǎng)的對(duì)流層延遲信息,可內(nèi)插得到測(cè)站的對(duì)流層延遲時(shí)間序列,并將該序列替代由模型估計(jì)的

3、對(duì)流層延遲,如此,可以提高定位精度。
　　 4.討論了單差模糊度固定方法在動(dòng)態(tài)精密單點(diǎn)定位中的應(yīng)用。模糊度一般作為狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行估計(jì),顯然增大了計(jì)算矩陣的維數(shù),并且不利于濾波收斂。采用單差無(wú)電離層組合模糊度固定方法首先固定模糊度,一方面減少狀態(tài)參數(shù)的維數(shù),另一方面可以提高初始階段的收斂速度和定位精度。GPS數(shù)據(jù)的噪聲一般都不為高斯白噪聲,在模糊度固定的基礎(chǔ)上,本文討論了有色噪聲最小二乘估計(jì),如此可削弱有色噪聲的影響。動(dòng)力學(xué)模型誤差

4、的協(xié)方差矩陣一般靠經(jīng)驗(yàn)取值任何經(jīng)驗(yàn)值都有可能出現(xiàn)偏差,從而影響動(dòng)力學(xué)模型對(duì)定位結(jié)果的貢獻(xiàn)。本文采用自適應(yīng)因子調(diào)整預(yù)測(cè)值的協(xié)方差矩陣與觀測(cè)量噪聲的協(xié)方差矩陣的比例,使動(dòng)力學(xué)模型更加有效。
　　 5.針對(duì)GPS數(shù)據(jù)處理中的非正態(tài)分布噪聲與非線性函數(shù)線性化的問(wèn)題,采用粒子濾波降低由這兩方面造成的精度損失。粒子濾波的粒子數(shù)選取與狀態(tài)參數(shù)的維數(shù)有很大關(guān)系,降低狀態(tài)參數(shù)維數(shù)可以減少粒子個(gè)數(shù)。本文將單差模糊度固定方法與粒子濾波相結(jié)合應(yīng)用于精密

5、單點(diǎn)定位中,不但可以減少粒子濾波的粒子個(gè)數(shù),而且能夠提高動(dòng)態(tài)精密單點(diǎn)定位的精度。針對(duì)粒子濾波容易出現(xiàn)粒子退化的問(wèn)題,采用Kalman濾波進(jìn)行重點(diǎn)采樣,提高隨機(jī)樣本的精度,進(jìn)而提高粒子濾波的解算精度。為了進(jìn)一步提高粒子的精度,在重點(diǎn)采樣的基礎(chǔ)上,采用粒子群優(yōu)化智能算法優(yōu)化重點(diǎn)采樣得到的粒子。另外,計(jì)算效率是粒子濾波的一個(gè)難點(diǎn),本文采用均值漂移算法提高粒子濾波的計(jì)算效率。
　　 6.對(duì)于單頻精密單點(diǎn)定位,嘗試采用顧及電離層延遲先驗(yàn)信

6、息的估計(jì)方法。一般情況下,采用已知的電離層模型,如采用格網(wǎng)電離層模型等僅能消除電離層延遲的60％左右,剩余殘差對(duì)于精密定位的影響仍然較大。本文在電離層模型估計(jì)的基礎(chǔ)上,根據(jù)觀測(cè)信息重新估計(jì)電離層延遲影響,從而提高電離層延遲的估計(jì)精度。
　　 7.精密單點(diǎn)定位的故障診斷是提高精密單點(diǎn)定位精度的重要環(huán)節(jié)。但由于精密單點(diǎn)定位中不存在冗余觀測(cè),抗差估計(jì)方法難以實(shí)現(xiàn)。本文采用交互多模型方法診斷精密單點(diǎn)定位的觀測(cè)故障。為了提高診斷的效率,提