GPS双差基线模型的有偏估计解法研究

当GPS定位中设置历元间隔较小时,双差基线平差模型是严重病态的.此时,用最小二乘估计解算整周模糊度得不到正确解.为此,通常采用搜索法确定整周模糊度.但是搜索法一般要经过迭代求解过程,效率较低.尝试用有偏估计法直接解算GPS病态模型来获得较准确整周模糊度浮点解,从而为进一步固定整周未知数做必要准备.     

单频GPS载波相位整周模糊度解算研究

介绍了一种求解单频GPS载波相位整周模糊度的改进算法.通过Tikhonov正则化,减弱GPS快速定位中少数历元情形下法矩阵的病态性,得到更接近整周模糊度准确值的浮点解.然后对整周模糊度的方差协方差阵白化滤波,减弱短时间内双差整周模糊度之间的相关性,取整后得到整周模糊度的固定解.并结合一个实例与白化滤波、Lambda方法和白化滤波 Lambda方法进行对比,验证改进方法的效果.     

利用零空间约束的GPS双差整周模糊度动态求解

针对非专用全球定位系统(GPS)导航型接收机,利用零空间约束动态求解GPS初始整周模糊度.对单个历元的双差载波相位观测方程进行零空间变换,避免了实时变化的三维位置参数求解;用精度衰减因子(XDOP)准则选取3个独立的双差整周模糊度,并根据GPS干涉仪测姿原理以基线长度来确定整周模糊度的搜索区间,通过基线长度约束进一步使搜索范围大大降低,模糊度最终采用多种检验方法联合确认.用Garmin25导航型单频接收机构成单基线,求解整周模糊度后在2-D平面上求解航向角,与航向参考对照后表明,采用该方法可在多个历元动态解算出整周模糊度,此时计算航姿精度可达到1°.     

GPS单星单历元模糊度与电离层延迟分类解算

整周模糊度与电离层延迟是GPS观测方程中两类不同性质的未知参数。基于参数分类解算的思想,结合平方根信息滤波/平滑的基本原理,推导出使用单颗GPS卫星的双频观测数据单历元求解电离层延迟与整周模糊度的公式。通过使用模拟数据实验获得的结果来看,该方法有效,整周模糊度和电离层延迟解算精度可达0.3周和0.02m。     

基于遗传算法的GPS病态方程的解算

为准确解算仅有少数几个历元的GPS载波相位观测数据的病态定位方程,将GPS快速定位的病态法方程求解问题转化为一个函数优化问题,应用遗传算法求解病态方程,避免了法方程的求逆运算,从而可以得到参数的近似最优解。实验表明,通过设计合适的适应度函数、确定合理的初始种群范围并选择合适的遗传算法运行参数,可使GPS快速定位病态方程参数浮点解的精度得到大大提高,接近参数正确值,有利于快速固定模糊度。该成果对于缩短GPS定位时间、提高GPS定位精度具有一定的意义。     

利用分块迭代法解算GPS整周模糊度

为实现GPS动态实时相位差分中整周模糊度参数快速精确解算,本文从参数估计的角度出发,针对常规方法的不足引入分块选代法,介绍其原理,将分块迭代法应用于GPS动态定位整周模糊度的解算,并对结果进行比较和分析,得出一些有益结论。     

改进LAMBDA算法实现GPS整周模糊度快速解算

针对LAMBDA算法在实时解算GPS整周模糊度过程中存在模糊度浮点解偏差大、搜索范围大的缺点,采用Tikhonov正则化改进LAMBDA算法,对宽巷双差观测方程和L1双差观测方程中未知参数的系数矩阵进行奇异值(USV)分解,用分解后的协方差矩阵替换经典LAMBDA算法的协方差矩阵进行整周模糊度的搜索,该算法提高了模糊度浮点解的精度,缩小了模糊度的搜索范围.为了验证本文算法的正确性,对实测GPS基线观测数据进行了实验分析.结果表明:改进后的LAMBDA算法模糊度浮点解精度显著提高,改进后的LAMBDA算法模糊度固定成功率可以达到100%,可以无需初始化时间即可固定模糊度整数解,快速实现厘米级定位.     

惯导辅助GNSS整周模糊度快速固定

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。     

北斗高精度相对定位选星方法研究

针对北斗系统中高轨卫星会带来较全球定位系统（global positioning system ,GPS）更为严重的法方程病态性这一问题,分析了双差载波相位观测方程系数矩阵对整周模糊度浮点解解算的影响,结合北斗系统三轨道星座混合的特点,研究了区域北斗高精度相对定位选星方法,以仰角最高的地球同步轨道（geostationary earth orbit, GEO）卫星作为参考星,优先选取仰角高于10°的中地球轨道（medium earth orbit,MEO）卫星,然后按照均匀分布的原则选取倾斜地球同步轨道（inclined geosynchronous satellite orbit,IGSO）卫星。通过对实测数据进行试验和分析,证明了该方法的正确性和合理性,在进行区域北斗高精度相对定位时,能在一定程度上改善法方程的病态性,使模糊度浮点解较快收敛至真值附近,有利于模糊度的快速正确固定。     

利用选权拟合法实现中长基线网络RTK周跳的实时探测

对于中长基线网络RTK来讲,由于受到与距离相关的误差影响,模糊度的实时解算是目前中长基线GPS网络RTK研究中的难点且尚未解决．因此,整周跳变的探测和修复正是解决这个问题的关键技术之一．针对这个问题,设计了一种周跳实时探测的方法．该方法分别以L1,L2载波历元间的三差观测量经过宽巷（L5）,消电离层（L3）线性组合,结合中长基线参考站坐标已知的先验信息,利用选权拟合方法求解三差“模糊度”的浮点解,在此基础上用LAMBDA方法搜索出整周跳变（三差“整周模糊度”）．用该方法对长度从数十公里到1000km的多条基线的周跳进行探测,其探测的数值与传统的专业软件长期探测的结果一致,且成功率为100％．此方法真正实现了中长基线参考站整周跳变的实时探测,解决了网络RTK整周跳变实时探测的难题,在大范围GPS参考站的数据处理方面也有比较重要的意义．     

基于解析法的全球定位系统姿态测量技术

提出了一种新的实时全球定位系统（GPS）姿态测量初始化方法,将超越方程的求解与模糊度函数法相结合,有效地提高了初始化计算速度．讨论了模糊度函数法,从几何角度描述了观测方程,给出了二元非线性观测方程组的解,并对实测数据进行了处理．结果表明,该方法与一般的方法相比,初始化的计算更有效,更经济．     

Schreiber approach for GPS carrier phase ambiguity resolution

Differenced GPS carrier phase observations are usually used in GPS positioning to eliminate the various common GPS errors. A different approach is proposed in this paper where no differencing of the observations is required. In this method, the common GPS errors are modelled explicitly and eliminated by introducing the Schreiber method, which is used in traditional geodesy to eliminate the azimuth unknowns in observation equations. The paper first introduces the Schreiber method, and then discusses its application to the various GPS common-mode error models. It is shown that if only the real ambiguity solution is concerned, the estimate of the position parameters from the Schreiber approach is the same as that from the differencing approach. However, the variance of the ambiguity estimate from the Schreiber approach is smaller than that from the differencing approach. Numerical examples are given to show that the results are reliable.     

一种有效的单频GPS相位模糊度解算方法

针对快速定位中GPS单频相位模糊度较难归整的问题，采用理论分析和实验验证的方法，推导了实时动态下相位平滑伪距的递推公式，给出了一些提高观测方程线性化初始值精度的思路。在分析了短时间段双差方程结构特性的基础上，提出采用迭代选权拟合法提高相位模糊度实数解精度的新方法。算例表明，该方法提高了模糊度实数解的精度和可靠性，缩小了模糊度的搜索空间，促进了模糊度解算效率和成功率，从而能促进单频GPS接收机在高精度快速定位中的应用。     

仅采用Fr（φ）项的中长基线解算法的研究

仅采用Fr（φ）项的基线向量解算法由于不进行周跳的探测和修复,以及整周模糊度的确定等工作,无法利用双频观测值来消除电离层延迟,因而只能用于短基线向量的解算。利用IGS提供的全球电离层格网图GIM来进行电离层延迟改正,取得了较好的效果,使该算法也能使用于中等长度的基线向量的解算。实际计算结果表明：利用24h的观测资料和上述方法来计算边长为31km～107km的GPS控制网时,基线向量的精度可达0.2ppm.     

一种改进的CIR法用于单历元模糊度解算

针对级联整周模糊度解算（CIR）法在载波相位和伪距观测噪声很大的场合,模糊度固定成功率很低这一问题,提出了一种改进的CIR法,该算法以CIR法为基础,利用排序和连续（逆）乔里斯基降相关法对每步最小二乘法求得的模糊度浮点解和协方差矩阵进行降相关,最后采用改进的最近点搜索（MAEVZ）法固定整周模糊度.仿真实验表明,在伪距观测噪声为2.0 m,载波相位观测噪声为0.03周的短基线环境下,CIR法单历元整周模糊度解算成功率已经低于5%,无法正确固定整周模糊度,而改进的CIR法单历元整周模糊度解算成功率仍能达到90%以上.      

GPS快速静态定位中的模糊度函数法

快速准确地求解载波相位模糊度是提高ＧＰＳ定位效率的关键．由于模糊度函数法不受周跳的影响，随着计算机计算速度的提高以及对动态和快速静态定位的迫切需要，这一方法得到了广泛应用．本文从快速静态定位的角度出发，从理论上研究了模糊度函数法求解载波相位模糊度的原理、搜索方法、解的可靠性等关键问题．     

复杂环境下的GPS/BDS/GLONASS结合的单频RTK定位性能研究

为考察GPS/BDS/GLONASS结合的单频RTK定位模式在复杂城市环境下的定位优势,该文在香港采集一个参考站和7个流动站的GNSS数据,通过LAMBDA模糊度搜索方法和R-ratio检验得到单系统、双系统、多系统GNSS单频RTK的定位精度,分析在复杂观测环境下不同系统单频RTK定位性能.结果表明：1)在良好的观测条件下,多系统定位精度最高,双系统次之,单系统最差,都能达到厘米级的定位精度;2)在复杂环境下,部分单系统单频RTK很难实现双差定位,总体上双系统比单系统定位精度高,GLONAS＋BDS的定位精度最差,但都难以实现高精度定位;3)多系统单频RTK可定位精度最高,可用于高精度的城市导航定位;4)观测环境与GNSS单频RTK定位精度具有明显的相关性.     

重力场模型和DEM提高GPS高程转换精度

为了充分利用GPS观测数据中的高程信息,提高山区GPS大地高转换为正常高的精度,利用国内外最新的重力场模型和数字高程模型（DEM）数据,采用移去-拟合-恢复方法进行GPS高程转换,并与三等水准实测高程进行比较,结果表明：在地形起伏较大的山区,利用高精度的地球重力场模型,可将GPS高程转换的精度提高50%左右。地形改正也可以在一定程度上提高GPS高程转换的精度,地形对高程异常的影响与地形起伏程度和拟合点间高差有关。对于几何水准难以施测的山区利用GPS观测信息确定高精度海拔高程有重要意义。