廣域?qū)崟r(shí)精密差分定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)能提供實(shí)時(shí)的基本導(dǎo)航定位服務(wù)，其精度在5-15米，針對(duì)其定位精度和完好性不能滿足航空等特殊用戶的需求而建立廣域差分定位系統(tǒng)，其定位精度在5米左右，相對(duì)定位能提供毫米級(jí)的精密定位，但需要事后處理，各種RTK技術(shù)能提供實(shí)時(shí)毫米級(jí)的定位精度，而其作用范圍在幾十公里范圍內(nèi)。如何解決大范圍乃至全球范圍實(shí)時(shí)分米級(jí)精密定位問(wèn)題，需要通過(guò)廣域?qū)崟r(shí)精密定位技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，也是目前差分定位領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。隨著我國(guó)北斗系統(tǒng)的投入使用，建立基于北斗

2、的廣域?qū)崟r(shí)精密定位系統(tǒng)也必將是我國(guó)未來(lái)差分系統(tǒng)建設(shè)的一個(gè)重要方向。因此，本文對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用需求、系統(tǒng)組成和原理、參考站布設(shè)、中心站信息處理以及用戶端定位算法等進(jìn)行了研究，并利用GPS和北斗數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，以期對(duì)我國(guó)北斗廣域?qū)崟r(shí)精密差分定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)論證和建設(shè)提供一定的參考。主要研究工作包括：
　　(1)總結(jié)了差分技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及研究現(xiàn)狀，并對(duì)現(xiàn)有各種差分技術(shù)進(jìn)行了分析和比較，歸納總結(jié)了不同差分技術(shù)的數(shù)據(jù)處理原理、差分信息發(fā)播途徑

3、和應(yīng)用領(lǐng)域等，同時(shí)分析總結(jié)了未來(lái)差分技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
　　(2)論述了導(dǎo)航能力需求的幾個(gè)主要概念，在此基礎(chǔ)上從影響導(dǎo)航定位精度的誤差因素出發(fā)，明確了廣域?qū)崟r(shí)精密差分定位技術(shù)所要解決的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，并闡述了廣域?qū)崟r(shí)精密差分定位系統(tǒng)的基本原理和系統(tǒng)組成。
　　(3)參考站布設(shè)方面，研究了多目標(biāo)優(yōu)化法、仿真試驗(yàn)法等基本的參考站布設(shè)論證方法，以及衛(wèi)星覆蓋性、衛(wèi)星可視性等參考站優(yōu)化布設(shè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)方法，并利用GPS和北斗數(shù)據(jù)進(jìn)行了論

4、證，在我國(guó)區(qū)域布設(shè)30個(gè)左右的參考站可滿足廣域?qū)崟r(shí)精密定位建設(shè)的需求。
　　(4)對(duì)現(xiàn)有幾種主要定軌方案進(jìn)行了比較，分析比較了長(zhǎng)弧動(dòng)力法、短弧滑動(dòng)窗口法和濾波法對(duì)廣域?qū)崟r(shí)精密技術(shù)中實(shí)時(shí)精密定軌的適用性，在此基礎(chǔ)上提出了采用長(zhǎng)弧動(dòng)力法定軌并進(jìn)行短期預(yù)報(bào)的方案，并制定了相關(guān)的數(shù)據(jù)處理策略。為了提高精密定軌數(shù)據(jù)處理效率，對(duì)長(zhǎng)弧動(dòng)力法定軌中模糊度固定和參數(shù)恢復(fù)技術(shù)進(jìn)行了深入研究，有效縮短了數(shù)據(jù)處理時(shí)間。利用北斗中國(guó)區(qū)域6個(gè)站的定軌結(jié)果在R

5、TN方向的誤差分別為0.15m、0.65m和0.38m，利用GPS27個(gè)站定軌結(jié)果在RTN方向的誤差分別為0.08m、0.22m和0.14m。
　　(5)對(duì)實(shí)時(shí)精密鐘差估計(jì)方法進(jìn)行了深入研究。通過(guò)對(duì)目前已有的各種衛(wèi)星鐘差估計(jì)算法進(jìn)行比較分析，提出了基于非差、歷元間差分組合模式的實(shí)時(shí)高頻衛(wèi)星鐘差估計(jì)算法，在基于歷元間差分相位觀測(cè)數(shù)據(jù)估計(jì)鐘差變化的基礎(chǔ)上，通過(guò)引入偽距觀測(cè)數(shù)據(jù)估計(jì)衛(wèi)星鐘差初始時(shí)刻偏差，并通過(guò)對(duì)兩類(lèi)產(chǎn)品的精度及收斂速度的

6、具體分析，提出了有效的鐘差產(chǎn)品綜合策略，有效提高衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品精度。利用GPS和北斗實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明，實(shí)時(shí)鐘差處理精度優(yōu)于0.2ns。
　　(6)為了提高鐘差處理效率，考慮到對(duì)流層延遲在短時(shí)間內(nèi)變化較小，提出了將對(duì)流層參數(shù)和鐘差參數(shù)分別處理的策略，利用較低的處理頻度計(jì)算對(duì)流層參數(shù)，然后將對(duì)流層參數(shù)直接代入高頻鐘差處理中，可有效提高鐘差處理速度，利用27個(gè)國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)站處理結(jié)果表明，利用30s-450s的頻度處理對(duì)流層延遲參數(shù)，代入實(shí)時(shí)鐘

7、差處理中計(jì)算的實(shí)時(shí)精密鐘差互差小于0.02ns。
　　(7)對(duì)電離層格網(wǎng)模型生成的基本理論方法、電離層延遲實(shí)時(shí)精確確定算法、衛(wèi)星和接收機(jī)頻間偏差確定算法等進(jìn)行了研究，采用―兩步法‖實(shí)現(xiàn)了接收機(jī)頻間偏差和衛(wèi)星頻間偏差的有效分離，制定了電離層格網(wǎng)模型生成的數(shù)據(jù)處理策略。利用GPS和北斗實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了電離層格網(wǎng)模型精度驗(yàn)證，電離層模型精度優(yōu)于0.4m。同時(shí)開(kāi)展了電離層差分信息精度降效分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電離層差分信息控制在5min以內(nèi)的

8、更新頻度是較為合理的。
　　(8)開(kāi)展了實(shí)時(shí)精密定位理論方法和模型算法研究，提出了可變參數(shù)的平方根信息濾波實(shí)時(shí)精密差分定位算法，采用GPS實(shí)測(cè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，利用IGS精密星歷模擬實(shí)時(shí)定位對(duì)模型算法的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證，定位精度水平和高程方向均優(yōu)于15cm。
　　(9)研制了廣域?qū)崟r(shí)精密差分定位數(shù)據(jù)分析處理軟件，利用中國(guó)區(qū)域GPS和北斗實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算了衛(wèi)星軌道、鐘差和電離層差分信息，并利用動(dòng)態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)廣域?qū)崟r(shí)精密定位進(jìn)行了系統(tǒng)性