廣域?qū)崟r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)能提供實時的基本導(dǎo)航定位服務(wù)，其精度在5-15米，針對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，相對定位能提供毫米級的精密定位，但需要事后處理，各種RTK技術(shù)能提供實時毫米級的定位精度，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時分米級精密定位問題，需要通過廣域?qū)崟r精密定位技術(shù)來實現(xiàn)，也是目前差分定位領(lǐng)域的一個熱點。隨著我國北斗系統(tǒng)的投入使用，建立基于北斗

2、的廣域?qū)崟r精密定位系統(tǒng)也必將是我國未來差分系統(tǒng)建設(shè)的一個重要方向。因此，本文對該項技術(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)行了驗證，以期對我國北斗廣域?qū)崟r精密差分定位系統(tǒng)的設(shè)計論證和建設(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)展趨勢及研究現(xiàn)狀，并對現(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，同時分析總結(jié)了未來差分技術(shù)的發(fā)展趨勢。
　　(2)論述了導(dǎo)航能力需求的幾個主要概念，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精密差分定位技術(shù)所要解決的各項關(guān)鍵技術(shù)問題，并闡述了廣域?qū)崟r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)的評價指標(biāo)方法，并利用GPS和北斗數(shù)據(jù)進(jìn)行了論

4、證，在我國區(qū)域布設(shè)30個左右的參考站可滿足廣域?qū)崟r精密定位建設(shè)的需求。
　　(4)對現(xiàn)有幾種主要定軌方案進(jìn)行了比較，分析比較了長弧動力法、短弧滑動窗口法和濾波法對廣域?qū)崟r精密技術(shù)中實時精密定軌的適用性，在此基礎(chǔ)上提出了采用長弧動力法定軌并進(jìn)行短期預(yù)報的方案，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，對長弧動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)處理時間。利用北斗中國區(qū)域6個站的定軌結(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)對實時精密鐘差估計方法進(jìn)行了深入研究。通過對目前已有的各種衛(wèi)星鐘差估計算法進(jìn)行比較分析，提出了基于非差、歷元間差分組合模式的實時高頻衛(wèi)星鐘差估計算法，在基于歷元間差分相位觀測數(shù)據(jù)估計鐘差變化的基礎(chǔ)上，通過引入偽距觀測數(shù)據(jù)估計衛(wèi)星鐘差初始時刻偏差，并通過對兩類產(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和北斗實驗分析結(jié)果表明，實時鐘差處理精度優(yōu)于0.2ns。
　　(6)為了提高鐘差處理效率，考慮到對流層延遲在短時間內(nèi)變化較小，提出了將對流層參數(shù)和鐘差參數(shù)分別處理的策略，利用較低的處理頻度計算對流層參數(shù)，然后將對流層參數(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個國內(nèi)監(jiān)測站處理結(jié)果表明，利用30s-450s的頻度處理對流層延遲參數(shù)，代入實時鐘

7、差處理中計算的實時精密鐘差互差小于0.02ns。
　　(7)對電離層格網(wǎng)模型生成的基本理論方法、電離層延遲實時精確確定算法、衛(wèi)星和接收機頻間偏差確定算法等進(jìn)行了研究，采用―兩步法‖實現(xiàn)了接收機頻間偏差和衛(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和北斗實測數(shù)據(jù)進(jìn)行了電離層格網(wǎng)模型精度驗證，電離層模型精度優(yōu)于0.4m。同時開展了電離層差分信息精度降效分析，實驗結(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)開展了實時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時精密差分定位算法，采用GPS實測動態(tài)數(shù)據(jù)，利用IGS精密星歷模擬實時定位對模型算法的可靠性進(jìn)行了驗證，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精密差分定位數(shù)據(jù)分析處理軟件，利用中國區(qū)域GPS和北斗實測數(shù)據(jù)，計算了衛(wèi)星軌道、鐘差和電離層差分信息，并利用動態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)對廣域?qū)崟r精密定位進(jìn)行了系統(tǒng)性