双频GPS数据的最优相位平滑伪距算法研究

相位平滑伪距算法可以有效抑制多路径效应对伪距的不良影响,其计算效率高,对数据传输的要求低,因此在GPS数据处理领域受到了广泛的关注和研究．基于参数的最优估计理论,对Hatch滤波进行了改进,重点讨论了双频GPS数据的最优相位平滑伪距算法．由该算法平滑得到的观测量与原始观测数据包含的信息量相同,即最优相位平滑伪距算法与非组合算法等价．理论研究结果表明该方法能够更有效地削弱多路径的影响,从而得到精度更高的定位结果。     

相位平滑伪距辅助GNSS三频非差数据实时周跳探测与修复

针对目前几乎所有三频周跳探测与修复方法都会受到伪距噪声和多路径效应影响的问题,提出了采用相位平滑伪距方法来辅助三频周跳探测与修复.采用GPS/QZSS和BDS实测三频数据对该方法进行了验证.结果表明:该方法可大幅削弱伪距噪声和多路径效应对周跳修复的影响,提高周跳确定成功率.经过相位平滑伪距后,周跳浮点值与真值之间的均方根(RMS)误差,对于GPS/QZSS三个频点L1,L2,L5平均分别降低40.389%、40.758%和40.023%,对于BDS三个频点B1,B2,B3平均分别降低12.083%、14.290%和18.781%.     

PLLB多路径误差分析方法

传统单路镜面反射模型能够对多路径误差进行广泛评估,但不能准确描述实际环境中多条反射信号形成的多路径误差影响。针对这一问题,提出了视距(LOS)条件下基于锁相环偏差(PLLB)的多路径误差分析方法,分别推导了伪距和载波相位多路径误差的估算公式,研究了伪距多路径的历元间相关性,分析了动态条件下载波相位多路径的类随机噪声特性,实验结果表明:伪距多路径具有历元间相关性,利用历元间相关性对伪距多路径改正后,双差伪距误差减小了52.7%,动态载波相位多路径具有的类随机噪声特性,会增大动态条件下载波相位误差。     

基于递推最小二乘平方差的GPS精密单点定位精度研究

对传统GPS单点定位、差分GPS定位和GPS精密单点定位进行了比较。建立了GPS精密单点定位无电离层组合的数学模型。建立了递推最小二乘平差进行参数估算的数学模型,并利用该方法进行相位平滑伪距处理。分析了该方法对伪距观测误差的影响。利用bernese软件和据此编制的程序,并利用IGS跟踪站的观测数据进行了接收机三维坐标的解算。将IGS观测值坐标作为真值,解算值和真值之间的偏差作为定位误差。仿真结果表明,经过递推最小二乘伪距平滑处理后,精密单点定位的误差在北方向、东方向、高度方向上都小于0.02 m。     

CNMC与Hatch滤波方法比较及其在北斗相对定位中的精度分析

相位平滑伪据算法可以有效抑制多路径效应对伪距的影响,且不存在模糊度固定问题,在GNSS数据处理领域得到广泛研究和应用.本文对Hatch滤波和CNMC(Code Noise and Multipath Correction)相位平滑伪距方法的数学模型进行了系统分析和比较,证明了经过CNMC方法平滑后的单频伪距进行无电离层组合与双频Hatch滤波等价.在假定只存在随机误差和各种观测量互不相关的条件下,推导了CNMC方法平滑伪距的精度表达式,得出双频Hatch滤波在初始化的时段内观测噪声大于CNMC方法,经过十余分钟的收敛,其观测噪声逐渐好于CNMC方法.针对北斗导航系统伪距所受多路径影响幅度大,且低频部分比重大的特点,通过对实测北斗短基线相对定位的OMC(Observation Minus Computation)分析,得出相位平滑伪距虽然能大大减弱原始伪距随机误差方法,但不能改善系统误差,其中CNMC方法与原始伪距的系统误差相当,双频Hatch滤波反而增大了系统误差,进一步对该基线的相位平滑伪距进行相对定位试验,得出采用CNMC方法的平滑伪距,三维位置误差精度得到改善,从0.797 m提高至0.541 m,双频Hatch降低了定位精度,位置误差达到1.160 m.     

基于补充卡尔曼滤波的载波相位平滑伪距算法

在高精度GPS接收机的基带信号处理中,利用载波相位对码伪距观测量进行平滑可以获得比伪码测量更高的精度。传统的载波相位平滑伪距算法适用于平滑历元数较少的情况,对短时多历元平滑的情况并不适用。针对这一问题,详细分析了传统载波相位平滑伪距算法在多历元平滑时所存在的不足,提出了在基带信号处理中采用补充卡尔曼滤波进行相位平滑伪距的算法,并给出了相应的数学解算过程和算法适用条件。仿真分析结果表明,由于补充卡尔曼滤波算法综合考虑了相关观测误差的影响,因此,当平滑历元数大于500时,补充卡尔曼滤波算法平滑精度要优于传统的平滑算法。     

利用高斯平滑法提取GPS观测序列中的结构振动监测信号

利用GPS进行结构振动监测时,GPS观测信号噪声非常大。文章分析了GPS信号误差来源,根据相邻两天GPS观测值多路径误差强相关性,提出了利用高斯平滑法从带有噪声的GPS位移序列中提取真正的振动信号。实测数据分析表明,该方法能有效地抑制GPS多路径效应与测量噪声,成功提取结构振动信息。     

确定GPS接收机码间偏差的一种新算法

针对目前求解GPS接收机码间偏差(B)的主要方法(球谐函数模型法、曲面拟合模型法等)存在计算繁琐和效率不高等问题,研究并提出一种新的计算方法,即利用双频载波相位平滑伪距数据以及CODE提供的全球电离层VTEC地图和卫星B值,通过旋转地图内插VTEC以及伪距差分进行单站GPS接收机B值的解算。采用此方法和IGS跟踪站的观测数据解算GPS接收机的B值,并与CODE提供的跟踪站的B值进行比较,结果表明,这种新算法能够以优于0.4ns的精度确定GPS接收机的B值。     

GPS动态定位中的应用研究

本文通过文献资料方法,较系统地分析了一种简单实用的高精度GPS动态定位数据处理模型——无模糊度参数卡尔曼滤波模型,指出了在模糊度未知时将模糊度参数作为滤波状态向量的一部分,同时利用伪距、载波相位双差观测值的附加模糊度参数卡尔曼滤波模型。基于Kalman滤波的GPS动态定位中,动态观测量及其相应的动态模型可能存在异常,简述了动态GPS定位的抗差Kalman滤波解法。讨论了整数最小二乘法及其降相关平差方法的原理及其实际算法。     

浅谈GPS接收机的多路径误差

多路径效应是GPS测量中的一种常见误差源。本文通过对严重损害GPS测量精度的GPS多路径效应误差及其影响进行了分析,提出了一些有效的、在实践中总结出来的减弱多路径效应的对策以减少其对测量数据的影响。     

GBAS中相位平滑伪距差分修正改进算法

针对卫星导航精度问题,提出一种载波相位平滑伪距差分修正算法的改进方案.通过无码载偏离平滑滤波技术来解决电离层对伪距和载波相位观测值带来的不一致性导致的电离层误差加剧问题.利用信号传播中误差模型预测值、载波信号和码伪距确定滤波器的衰减因子,把接收到的双频载波信号相位值和伪距值线性组合,输入滤波器滤波.同时用卫星修正信息对平滑伪距值中钟差进行修正.仿真结果表明通过该算法能够减少滤波后的信号残差,提高载波相位平滑伪距差分修正值标准差的可用性,减少电离层误差对星基导航精密进近阶段定位精度的影响.     

参试测量中GPS陆地基准站的多路径效应与对策

多路径效应是GPS在测量中的一种常见误差源。本文通过对严重损害GPS测量精度的GPS多路径效应误差及其影响进行了分析,提出了一些有效的、在实践中总结出来的减弱多路径效应的对策以减少其对测量数据的影响。     

区域伪卫星增强GPS精密定位试验研究

针对GPS在城市高楼密集区、矿山以及深山峡谷等区域,所跟踪的可见星数目少和几何分布不佳导致定位精度下降以及GPS在垂直方向定位精度较差等问题,提出伪卫星增强GPS定位方法,利用GPS和伪卫星组合观测量,提高区域定位精度。从伪卫星和GPS组合模型入手,重点研究伪卫星多路径效应误差的估算方法。实测数据进行处理与分析的结果表明,所提出的方法能有效地减弱伪卫星多路径效应产生的误差,提高系统的定位精度,特别是垂直方向的精度。     

利用GPS方法对1998-11-22太阳耀斑引起的电离层TEC变化的观测研究

利用GPS伪距+载波相位联合数据处理方法具体分析了1998-11-22耀斑爆发期间北京、上海、武汉、西安GPS观测数据得到的电离层TEC。此次耀斑爆发引起了设在北京的高频多普勒长达15min左右的无线电短波中断。通过对GPS得到的电离层TEC进行分析发现： 此次耀斑造成了大面积的电离层TEC的增加,耀斑爆发引起的最大TEC增幅在1.25个TEC单位左右;利用高精度的GPS数据处理方法可研究耀斑引起的电离层扰动。另外,还分析了由GPS计算的TEC的时空变化特点。     

一种实时双频电离层修正方法

电离层延迟是影响GPS绝对定位的重要因素。比较常用的电离层延迟修正方法有模型方法和双频方法。模型方法和使用双频码伪距的方法精度有限。使用双频载波相位进行电离层延迟计算需要求解整周模糊度,计算复杂。本文提出了一种同时使用GPS双频码和载波观测量进行电离层误差修正的方法。使用卫星信号模拟器生成信号并用接收机实时接收,用此方法计算出电离层延迟值,并与真值进行比较,计算误差为厘米级。最后,接收真实卫星信号并计算了真实电离层延迟,并与使用Klobuchar模型方法计算出的电离层延迟进行了比较。     

多路径误差对GPS精密定位的影响

多路径误差是GPS精密定位的主要误差源之一,也是目前较难处理的误差之一.削弱或消除多路径误差可有效提高GPS精密定位精度.首先推导了多路径误差公式,然后研究了衰减因子、反射距离、仪器高和反射系数等因素对GPS信号多路径误差的影响,得出了由不同因素引起的多路径误差对精密定位的影响规律,并给出了相应的削弱误差的方法.     

Vondrak滤波法用于结构振动与GPS多路径信号的分离

根据Vondrak滤波法在信号的截断频带上具有较高信号分辨率的特点，将Vondrak带通滤波法应用于全球定位系统（GPS）结构变形监测中以分离结构振动和多路径效应的影响。对GPS实际观测资料进行分析，结果表明：采用该方法不仅能从坐标序列中成功提取结构振动信息，也能正确分离载波相位双差观测值的残差序列中的结构振动和多路径效应影响，因而在提高GPS定位精度上具有较大的应用潜力。     

相位求差法对双频载波相位周跳的探测与修复

针对单站双频GPS载波相位的特点,提出了一种利用双频载波相邻相位求差的方法来探测和修复周跳;相位求差法在消除电离层和对流层影响的基础上能够准确的探测出发生周跳的历元,并利用伪距差分约束确定周跳值;本文介绍该方法的数学模型,给出了具体实施步骤,最后算例证明了该法的可靠性和有效性。     

利用精密星历进行伪距单点定位的精度研究

本文首先给出了GPS伪距单点定位的几种主要误差的改正模型:电离层延迟、对流层延迟、地球自转改正、相对论效应改正等,然后采用双频伪距改正电离层延迟影响并利用IGS精密星历,通过算例来分析双频P码伪距单点定位的精度。     

电离层对GPS测量的影响

GPS作为一种无线电导航系统,受到很多误差源的影响,即:卫星轨道误差、卫星钟差、电离层延迟误差、对流层延迟误差、多路径误差、接收机钟差和测量噪声等误差。其中,自从SA(Selected Availability)于2000年5月1日取消以后,电离层误差是最大的一项误差。电离层延迟对GPS定位的影响结果,主要体现在定位精度的降低和定位方法的限制等方面。电离层使接收到的GPS信号产生延迟,从几米到百米以上。如果不考虑这种影响,就会严重降低GPS定位和授时的精度。因此,电离层误差是GPS测量中的主要误差源,必须加以改正。本文介绍了电离层对GPS定位的影响,包括码群延迟(即绝对测距误差)、载波相位超前(即相对测距误差)、多普勒时延(即距速误差)以及信号衰减(即振幅闪烁),并论述了影响电离层密度的因素。