【摘要】：隨著GPS、GLONASS、BDS、Galileo全球四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷發(fā)展與完善,特別是我國北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的順利部署,多模GNSS數(shù)據(jù)處理方法及應(yīng)用的研究逐漸成為衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的熱點。大量研究表明,綜合利用多個GNSS信號,能有效提高定位的穩(wěn)定性與可靠性,尤其是在山區(qū)、城市、峽谷等衛(wèi)星信號遮擋嚴重的地區(qū),因此研究多模GNSS相對定位理論并與基線解算軟件開發(fā)相結(jié)合有著重要意義和實用價值。本文的主要內(nèi)容和成果:(1)多模GNSS定位的基本模型與誤差改正。對GNSS的時間系統(tǒng)和坐標系統(tǒng)進行對比分析并且實現(xiàn)四大系統(tǒng)的時空統(tǒng)一。詳細介紹多模融合的函數(shù)模型隨機模型,重點研究了高度角信噪比聯(lián)合隨機模型以及基于隨機模型的驗后方差估計定權(quán)法,實測數(shù)據(jù)表明該方法可以明顯提高定位精度,雖然迭代次數(shù)平均增加了 1.5次,但是實現(xiàn)復(fù)雜度在可接受范圍內(nèi)。(2)多模GNSS雙差基線解算模型的構(gòu)建。分析了單差-雙差和參考站-參考星的雙差觀測值構(gòu)建方法及其不足之處,并與全局搜索法作對比,通過實驗數(shù)據(jù)得出:相同數(shù)據(jù)下,以參考站-參考星所得雙差觀測值數(shù)量為基準,單差雙差法所得雙差觀測值數(shù)量僅為參考站-參考星的95.6%,全局搜索法所得雙差觀測值數(shù)量為參考站-參考星的99.94%,再結(jié)合歷元可用性得出全局搜索法整體最優(yōu)的結(jié)論;研究了基線解算模型病態(tài)性以及對模糊度解算的影響,通過引入偽距觀測方程顯著降低模型的病態(tài)性,加快模糊度的收斂速度;研究了適用于短基線與中長基線的基線解算模型,實驗結(jié)果表明:多模GNSS定位精度整體高于單系統(tǒng);短基線四系統(tǒng)定位相對于單GPS在ENU方向定位精度分別提高了27.5%、28.1%、34.0%,中長基線四系統(tǒng)定位相對于單GPS在ENU方向定位精度分別提高了51.2%、47.8%、35.1%。(3)多模GNSS雙差基線解算的影響因素研究。影響基線解算精度的因素有很多,除了各種誤差影響因素和模糊度解算等因素以外,本文主要探討了起算點坐標精度對基線解算的影響,GNSS網(wǎng)平差中基于坐標模式和基于基線模式的模式選擇,引入IGS站數(shù)據(jù)增加的多余長基線對基線解算的影響研究。最后得出結(jié)論:初始坐標誤差在3m以內(nèi)時對基線解算沒有影響,3～10m時影響為毫米級,達到40m時影響為厘米級,誤差為100m時得出結(jié)果失去其可靠性;引入IGS站所增加的多余長基線對基線解算有影響,當已知點以A情況進行分布時,影響值的最大值達到5.7mm,平均值在1.2～2.1mm之間;以B情況進行分布時,影響值最大值達到9.4mm,平均值在3.0～5.3mm之間,差異比較明顯,所以需要考慮引入IGS站數(shù)據(jù)對高精度基線解算的影響;對比A、B兩種情況,從影響的最大值和平均值來看,B方案的差異明顯較A方案差異大,此時還應(yīng)該考慮已知點分布不同對基線解算的影響。(4)多模GNSS基線解算軟件設(shè)計與開發(fā)。在本文的理論以及算法成果的基礎(chǔ)上,基于Matlab開發(fā)一套多模GNSS基線解算軟件(goGNSS)。利用零基線對比分析了 6種不同組合模式下偽距單點、偽距雙差的定位性能,同時驗證了本文建立的多模GNSS函數(shù)模型、隨機模型的正確性,其次利用短基線、中長基線數(shù)據(jù)進行基線解算并與商業(yè)軟件和GAMIT軟件基線解算結(jié)果作對比,結(jié)果表明:自編軟件解算精度與商業(yè)軟件相當,基線解算向量在三個方向上與GAMIT的基線解算向量互差均小于1cm,從而驗證軟件編寫的正確性。
【圖文】：

服務(wù)；但是 2 顆 FOC 衛(wèi)星由于運載火箭發(fā)生故障未能進入預(yù)定軌道[18]。歐洲導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)管理局（GSA）發(fā)布了關(guān)于 Galileo 系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息，明確表示上述 2 顆 FOC衛(wèi)星為在軌試驗衛(wèi)星，尚無法提供導(dǎo)航服務(wù)，Galileo 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在一些頻段上可以與BDS 以及 GPS 進行系統(tǒng)間的互操作[18-20]。圖 1.1 為世界主要導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的星座布局示意圖，表 1.1 為主要導(dǎo)航系統(tǒng)的信號頻率。GPS 星座軌道示意圖 BDS 星座軌道示意圖

為了比較聯(lián)合模型與單獨的信噪比模型、高度角模型、等權(quán)模型，進行以下實驗分析：實驗區(qū)域選擇在西安科技大學男生宿舍 12 樓樓頂進行單點定位，使用海星達多模數(shù)據(jù)接收機采集數(shù)據(jù)，采樣間隔為 5 秒，開機時間為 2018 年 11 月 10 日 9:45-13:45 共4 個小時的數(shù)據(jù)。為對比不同隨機模型的定位效果，，再使用 RTKlib 軟件進行精密單點定位，與所獲得坐標值作對比。圖 a、b、b、d 依次為等權(quán)、高度角、信噪比、聯(lián)合高度角信噪比隨機模型的最終定位圖。a：等權(quán)模型最終定位圖 b：高度角模型最終定位圖
【學位授予單位】：西安科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P228.4

【參考文獻】

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本文編號：2663795