基于北斗三频组合观测值的精密定位算法研究

北斗卫星导航系统可通过观测3个频率组合信号的相位值来获得定位信息。利用三频组合产生的频率具有组合噪声小和电离层延迟小的优点,可以有效地减少单频测量过程中产生的误差。在介绍三频导航观测模型和定位原理的基础上,利用三频载波相位观测值进行周跳探测,分析了导致模糊度产生的原因以及解算模糊度的3种算法,通过仿真,验证了利用无几何无电离层模型可以有效地实现对多频组合模糊度的解算。     

三频无几何无电离层组合周跳探测与修复算法

为解决电离层活跃期的周跳探测问题,根据无几何无电离层组合特性,构造3个线性无关的三频伪距载波相位组合作为周跳检验量,并以相位电离层残差二阶差分值作为周跳修复验证量。通过对电离层活跃期内全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)三频观测数据进行处理,验证算法的可靠性和有效性。结果表明:算法可以有效地探测与修复在电离层活跃期内的三频周跳,并适用于三频实时动态的周跳处理。     

超宽巷组合辅助电离层残差法北斗周跳探测与修复

根据北斗三频信号的特点及其组合观测值特性,详细阐述了一种新的非差观测值周跳探测与修复方法;该方法利用超宽巷组合(moulborne-wuebbena,M-W)组合观测值优点,对电离层残差法进行相应改进;并通过改进后的电离层残差法获取周跳的位置和大小。计算结果表明:该组合方法可以有效地探测和修复不同大小的周跳,而且适用于北斗三种不同类型卫星的信号处理,说明该算法具有较高精确性和可靠性。     

利用北斗单星三频载波数据估算码偏差的方法

卫星导航系统码间硬件延迟偏差是电离层解算的主要误差来源,在高精度定位时,码偏差需要加以计算和消除.本文提出了通过北斗单星三频无电离层组合、线性回归假设及载波硬件延迟模型进行估算北斗接收机载波相位码偏差的方法,直接计算接收机的码偏差.通过采用实测的北斗单星三频载波数据,验证了该方法对于码偏差大于1μs时是有效性的.此方法提高了北斗二代测试期间数据质量分析水平,增强了北斗接收机软硬件的开发测试能力.     

BDS/GPS四频组合观测值系数选择方法与分析

长波长、弱电离层延迟、低噪声的线性组合观测值能够实现整周模糊度的快速确定,而组合的波长、电离层延迟系数及观测噪声都由组合系数决定。在用频率因子、电离层延迟因子和观测噪声因子表征组合波长、电离层延迟系数及观测噪声大小的基础上,利用搜索法得到了适合于整周模糊度解算的BDS/GPS B1、B2、L1、L2四频组合观测值系数,利用函数法得到了观测噪声最优时组合观测值系数和与频率因子及电离层延迟因子的函数关系,结果表明,0,-1,0,(1)、-1,0,1,(0)和-1,-1,1,(1)3组系数确定的组合观测值具有较长的组合波长,较小的电离层延迟误差和观测噪声,有利于整周模糊度的解算。     

多约束条件的全球定位系统单频单历元短基线定向技术与实现

通过研究全球定位系统(GPS)伪距测量精度对GPS载波相位差分技术在短基线定向问题中的影响,提出利用基线长度、基线俯仰、卫星之间几何关系的多约束最小二乘整周模糊度实时搜索算法,给出单频单历元进行短基线定向的具体过程和需要注意的关键问题.算法采用单历元解算,规避载波相位周跳问题,极大地减小初始化时间.静态和动态实验结果均表明:该方法快速有效,解算成功率高,具有较高的定向精度.     

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.      

北斗三频无几何相位组合实时周跳探测与修复

针对周跳实时探测与修复问题,在详细研究无几何相位组合和伪距载波组合原理的基础上,采用伪距载波组合辅助无几何相位组合的方法进行周跳探测与修复。根据北斗三频数据的特点讨论周跳检验量的选择标准,利用最优的周跳检验量对北斗三频数据周跳探测与修复处理。最后利用北斗三频实测数据对本算法的精确性和可靠性进行验证,计算结果表明本方法能有效准确地实现周跳的实时探测与修复。     

基于组合载波相位的飞行器姿态确定

为解决全球导航卫星系统(GNSS)姿态测量中整周模糊度的快速求解问题,提出一种基于组合载波相位的短基线整周模糊度解算方法,利用单个历元的观测数据解算整周模糊度.根据多颗卫星的单频载波相位整周模糊度解算结果,应用最小二乘原理对基线向量进行精确求解,进而由基线向量确定出飞行器的姿态角.仿真结果表明,该模糊度解算方法在单个历元内至少能够解算出8颗卫星的载波相位整周模糊度,解决了GNSS动态测姿领域的一个关键性问题.测姿结果显示,偏航角和俯仰角的测量误差均小于0.2°.该研究成果可以为GNSS姿态测量系统在航空、航天等对实时性要求较高的领域中的应用创造条件.     

BDS多频非组合伪距单点定位方法

针对北斗卫星导航系统多频伪距单点定位研究较少的现状,利用北斗卫星导航系统B1、B2和B3频率伪距观测值,提出了一种基于非组合方式的北斗卫星导航系统多频伪距单点定位方法,将三频伪距观测值作为相互独立的观测值信息进行最小二乘参数估计.采用单历元多频伪距单点定位和多历元多频伪距单点定位的数据处理模式进行用户的单点定位,多历元多频伪距单点定位采用参数消去法消掉接收机钟差,并进行法方程叠加.利用实测数据进行算法实验,结果表明基于非组合方式的北斗卫星导航系统多频伪距单点定位能达到米级至亚米级的定位精度,较北斗卫星导航系统标准定位服务的精度有明显改善.     

VRS系统流动端单历元整周模糊度搜索

为了实现VRS系统虚拟参考站和流动端单历元模糊度快速搜索,采用宽巷相位和C码伪距观测值组成联合双差观测方程,用改进LAMBDA方法搜索宽巷载波双差模糊度,并提出双频相位观测值组合模型逐星固定L1和L2双差模糊度,研究结果表明:该方法具有很高成功率和效率,单历元定位精度优于3 cm,该研究实现流动端单历元实时高精度动态定位。     

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.     

相位实时差分技术应用于飞行器交会对接研究

空间飞行器交会对接需要实时高精度地确定两飞行器的相对位置.应用GNSS引导两飞行器交会对接,是GNSS差分原理的一种特殊应用.星载接收机提供的载波相位观测值是高精度定位的基础,但是如何实时可靠地固定相位模糊度仍然是关键技术,提出了一种有效的模糊度实时解算算法,即在宽巷组合的基础上附加选权约束来固定两种不同波长的宽巷模糊度,然后依据组合法直接求解L1和L2相位模糊度整数解.实验结果显示,应用该算法进行模糊度单历元实时解算时,15km以内的短基线,解算成功率大于99%,能满足实时交会对接定位精度的要求.为了验证该算法在空间飞行器对接中的应用,采用仿真的方法模拟了两飞行器逼近和离开的过程,模拟并实时输出星载GNSS观测量.进而应用新算法实时估计两飞行器间相对位置,精度达到厘米级水平.我们的研究不但能进一步完善GNSS相位模糊度解算理论与方法,也可促进GNSS在航空飞行器编队飞行和交会对接等相关领域的应用.     

联合超宽巷组合和电离层残差的北斗三频周跳探测与修复

周跳的探测与修复是实现导航定位的必要条件.北斗信号具有三频特性,在构造周跳检验量时具有更大的优势.利用北斗三频载波数据对周跳探测与修复算法进行了详细研究.首先,详细介绍了一种联合超宽巷组合和电离层残差法的周跳探测与修复算法;然后,通过设置不同的周跳条件对该算法进行了验证计算.计算结果表明,针对不同大小的周跳和不同频率上同时产生的周跳,算法均能进行精确修复,且算法具有较高的精确性和可靠性.     

GNSS网络RTK算法模型及测试分析

针对GNSS网络差分系统软件的特点,比较分析双频P码伪距法、双频线性组合法2种宽巷模糊度的解算方法,给出解算结果的约束条件.然后采用改进的无电离层组合并根据模糊度的约束条件计算L1,L2的双差模糊度ΔN1,ΔN2.由ΔN1和ΔN2计算出的参考站间大气误差以及主站、虚拟参考站、卫星之间的空间向量关系构造出虚拟参考站的虚拟观测值.测试结果表明:系统软件的各项技术指标满足规范要求,平均初始化时间为27 s,平面外符合精度x方向为2.8 cm,y方向为1.7 cm,高程方向为7.9 cm.算法模型准确可行, 系统各组成部分可靠性、稳定性好,能保持24 h连续运行.     

基于北斗的建筑形变监测系统设计

北斗具有全天候、高精度、实时、自动化程度高等特点,相对常规位移监测方法,其具有明显的优越性.基于北斗载波相位差分定位技术,设计一套建筑形变监测系统,系统以处理北斗数据的监测平台为核心,平台数据解算采用北斗双频宽巷模糊度分组的单历元算法.测试结果表明系统能够实现厘米级精度的建筑位移形变监测.     

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.     

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.     

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.     

基于改进型最小二乘搜索的 GNSS 姿态测量方法

结合全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)用于姿态测量具有基线已知的特点,提出了一种改进型最小二乘搜索算法:将整周模糊度分为基本组和剩余组,在伪距精度和基线长度约束条件下确定出基本模糊度组的搜索空间;然后根据模糊度与基线俯仰角、航向角的关系,并以俯仰、航向角度组合作为联系基本组和剩余组的中间变量,通过搜索基本模糊度组来确定出剩余模糊度组合;最后利用最小二乘解算基线矢量,在二次残差比值检验条件下,完成整周模糊度的固定及姿态解算.实验结果表明,改进算法不仅有效减小了模糊度的搜索空间,而且缩短了模糊度初始化时间,具有较高的测姿精度,适用于GNSS姿态测量.