综合电离层残差和超宽巷探测和修复北斗周跳

周跳的探测与修复对于GNSS高精度定位来说至关重要。随着精密单点定位应用日益广泛,高效、可靠的非差数据周跳探测与修复方法必不可少。为了提高非差数据周跳探测的可靠性,根据北斗多频载波相位观测值的组合特性提出了一种新的非差数据周跳探测方法。该方法联合电离层残差法与Moulborne-Wuebbena超宽巷模糊度观测值(M-W)联合建立方程组,解算每个频率观测值的周跳,从而实现周跳的探测和修复。实验数据处理结果表明,这种组合方法可以探测不同的周跳,包括50周大小的大周跳、1大小周的小周跳、同时产生的两个频率的周跳以及连续周跳,并能够准确进行修复。本方法适用于静态定位与动态定位,为快速准确地探测与修复非差数据的周跳提供了新的思路。

BDS超宽巷实时定位分析

为了提高BDS超宽巷实时定位的精度,充分利用超宽巷模糊度单历元固定的优势,研究直接采用超宽巷进行RTK定位:提出忽略电离层和消电离层2种超宽巷RTK定位模型,并分析比较2种模型的定位效果。结果表明:在50km范围内,忽略电离层模型的平面定位精度可达到15cm以内,消电离层模型的平面定位精度可达到0.5m以内;在中长距离的情况下,能够快速地提供dm级的RTK定位服务。

基于BDS-3五频超宽巷/宽巷组合的中长基线单历元定位方法

为充分发挥BDS-3五频信号的定位优势,提出了一种基于BDS-3五频超宽巷/宽巷组合的中长基线单历元定位方法。首先构建了伪距/载波联合的无几何无电离层(GIF)分步解算模型,分析了各模糊度的先验解算精度,分析结果表明:五频组合中有三个线性无关的超宽巷可采用GIF模型单历元可靠固定。其次针对第四个宽巷采用GIF模型单历元固定精度低的问题,采用几何相关模型,对伪距、三个模糊度固定的超宽巷与第四个宽巷方程进行联立解算,并利用LAMBDA方法进行模糊度的搜索固定。理论分析结果表明,BDS-3固定四个超宽巷/宽巷模糊度后,站星距离精度可达0.206 m,相比三频BDS-2和GPS分别提升60.08%和57.35%。实测数据结果表明,BDS-3超宽巷/宽巷模糊度基本可实现单历元可靠固定,模糊度固定后在北/东/天三个方向上可分别实现0.161 m、0.187 m和0.457 m的定位精度。

基于北斗五频超宽巷组合的单历元定位方法

针对通信能力受限的长基线场景,提出了一种北斗五频弱电离层超宽巷定位方法,并给出了对应的减少带宽占用的参考编码模式。通过分析整系数线性组合对波长、大气延迟及测量噪声的影响,确定了选取最优组合的约束条件,并搜索得到BDS-3的长基线单历元定位最优超宽巷组合(0,1,3,-1,-3);在此基础上进一步利用弱电离层窄巷组合噪声因子小的特点,提出了利用窄巷观测量平滑超宽巷观测量噪声的多历元平滑定位方法。结合上述定位方法,给出了一种减少编码带宽的差分播发策略。利用三条不同长度基线开展了实验,结果表明弱电离层超宽巷组合单历元定位精度平面优于0.25 m、高程优于0.45 m,模糊度固定率高于98.5%;平滑后的定位精度平面优于0.1 m、高程优于0.25 m,实现三维定位精度优于0.15 m所需的收敛时间均值小于5 min。

超宽巷组合下的北斗三频TurboEdit方法研究

在传统的宽巷Turbo Edit方法的基础上,结合北斗三频组合观测值中的长波长、弱电离层延迟和弱噪声特性,提出了一种基于超宽巷组合的Turbo Edit方法。新方法不仅能够快速准确地同时对3个频率的周跳进行探测和修复,而且能有效地降低单个频率的伪距噪声对周跳检验量的影响,增强了算法的可靠性。

基于超宽巷与小波变换的北斗周跳探测与定位方法研究

北斗载波相位观测值中出现周跳,将严重影响导航定位的精准性。为了探测出三频观测数据中的周跳特别是小周跳,本文提出超宽巷及小波变换的方法。首先用超宽巷与二阶历元差分构造出高灵敏度的周跳检验量,然后结合小波变换奇异性探测原理,对构造出的周跳检验量进行小波分解得到小波系数,根据小波系数的模量极大值点探测并定位周跳,而后将探测出的周跳值进行取整修复。经实验验证,该方法可构造出灵敏度较高的周跳检验量,并且能有效探测北斗三频载波相位中1周的小周跳及1周以下的粗差。

基于北斗三频的BDS/GPS宽巷模糊度逐级单历元固定方法

利用北斗三频超宽巷模糊度波长较长易于固定的优势,提出一种基于北斗三频的BDS/GPS宽巷模糊度逐级单历元固定方法。首先利用载波和伪距组合固定BDS(0,-1,1)和(1,4,-5)两个超宽巷模糊度,根据固定后的超宽巷模糊度变换得到BDS宽巷模糊度(1,-1,0),然后将BDS宽巷模糊度作为约束条件与GPS宽巷观测方程联立得到GPS宽巷模糊度浮点解和其方差协方差阵,最后采用LAMBDA算法实现GPS宽巷模糊度的固定。实验结果表明,BDS超宽巷组合可实现100%固定,采用BDS约束GPS宽巷模糊度固定时ratio值均大于2,大于5的占97.8%以上,因此文中提出的方法可实现BDS/GPS双系统宽巷模糊度单历元固定,有效提升GNSS模糊度解算的时效性。

北斗三频约束在多模数据基线解算质量中的应用

针对多模系统基线解算时波长较长、解算过程相对较为复杂的问题,本文提出以北斗三频约束为基础的多模系统基线解算方式。该方式首先对中长基线对无电离层的模糊度进行计算,而后在求出的组合模糊度中分离基础模糊度。通过将北斗三频的基础模糊度代入GPS进行基线解算,求得GPS对应的模糊度,并将求解结果代入观测值方程。改进办法使基线解算在更短的历元内解算完成,同时保证解算质量。经过验证,该方法在保证足够精确度的同时,能够大幅缩短基线解算时间,提高解算质量。

一种GPS三频非差周跳探测相位组合的优选方法研究

基于多频伪距/载波组合周跳探测原理,研究了三频相位组合周跳检验量的优化选取模型,以组合周跳方差最小为标准,组合相位的波长为约束条件,选取得到了一种适用于GPS的线性无关的相位组合作为周跳检验量。利用GPS三频实测数据,对组合检验量探测周跳的性能进行了测试。结果表明,该相位组合法可以有效地探测出各频率发生的周跳。

BDS三频非差周跳探测与修复

通过比较伪距/载波组合与相位组合阶段取整两种方法在考虑电离层延迟下的综合噪声,选择噪声最小的组合(1,-3,2)、系数之和不为0时噪声最小的组合(4,-3,-2)以及组合(0,1,-1)对北斗三频周跳进行探测与修复。使用IGMAS提供的BDS三频数据,针对BDS 3种不同星座分别进行分析比较,验证了此方法可实时准确探测出非差的各类大小周跳。

改进的北斗三频RTK整周模糊度固定方法

针对实时动态(RTK)载波相位差分技术中常用的几何模型和无几何模型模糊度解算方法分别存在的搜索效率低和固定成功率低等问题,通过综合分析两种模型的特点,提出了一种三频模糊度解算的改进方法(MTCAR)。选取了2个特性较优的超宽巷组合,采用无几何模型对二者进行模糊度固定,线性组合出误差特性更好的宽巷模糊度;在宽巷距离量的约束下,采用几何模型,对窄巷进行求解;还原出各原始载波的模糊度。通过北斗三频实测数据进行实验分析,结果表明:MTCAR方法的模糊度固定成功率优于几何模型的最小二乘模糊解相关平差(LAMBDA)方法和无几何模型的TCAR方法,且在解算效率上较应用最广的LAMBDA法提高了60%左右。

基于STPIR与EWL组合的北斗三频周跳探测与修复

根据电离层残差法在周跳探测与修复中的应用原理,提出了历元间相位电离层残差二次差分的方法,解决了采样间隔较大时,周跳探测与修复的精度受电离层延迟误差制约的问题,提高了周跳探测的精度;在进行周跳修复时,利用超宽巷组合代替B2和B3组合,解决了无法修复不敏感周跳的问题。结果表明,对于采样间隔较大、历元间电离层状态不稳的观测值,该组合方法有效地探测出不足1周的周跳值,并能够有效地修复任意周跳组合。

北斗三号三频组合观测值特性分析研究

北斗三号卫星导航系统今年已步入全球组网阶段,预计到2018年底BDS-3的服务区域将覆盖"一带一路"国家及周边国家.目前BDS-3已发布B1I、B1C、B2a和B3I四个信号的用户接口控制文件,本文利用函数极值法给出了特定波长和电离层延迟影响系数下的噪声最优线性组合系数,分析得出BDS-3最优超宽巷组合为三频信号(B1C,B1I,B2a)和(B1C,B1I,B3I)中的线性组合(1,-1,0),最优宽巷组合为三频信号(B1I,B3I,B2a)和(B1C,B3I,B2a)中的线性组合(1,-3,2),这三个组合也是BDS-3、BDS-2和GPS中的最优组合.利用北斗三号的实测数据进行长短基线下宽巷/超宽巷双差模糊度解算,验证了BDS-3最优宽巷与超宽巷组合的结论的同时,还得出三频信号(B1I,B3I,B2a)和(B1C,B3I,B2a)中的宽巷组合(1,-3,2)与超宽巷组合(1,-4,3)和(0,1,-1)在长/短基线情况下均适用,而筛选得到的较优三频信号(B1C,B1I,B2a)和(B1C,B1I,B3I)中的宽巷/超宽巷组合仅在短基线场景下均适用.

基于三频观测值中长基线快速动态定位方法

针对全球卫星导航系统(globalnavigationsatellitesystem,GNSS)的中长基线快速动态定位,提出了一种基于三频组合观测值的实时动态差分(real-timekinematic,RTK)卡尔曼滤波定位方法,以位置参数和宽巷组合观测值的双差模糊度为状态向量进行参数估计,采用最小二乘模糊度降相关平差(LAMBDA)方法搜索固定模糊度,以改正后的超宽巷组合观测值为高精度“伪距”,以宽巷组合观测值作为载波相位进行定位解算。通过香港地区和河南省境内的两组中长基线实验数据,详细分析了该方法在中长距离下的快速动态定位解算性能。实验结果表明,采用该方法宽巷模糊度可实现单历元固定,在静态固定率达到约100%,动态情况下固定率也可以达到约65%,达到了快速高精度定位解算的要求,平面位置精度均能实时达到厘米级。

基于BDS三频信号的大变形提取算法研究

提出了一种利用北斗卫星导航系统(BDS)三频载波相位信号提取大变形量的单历元算法.该算法基于监测点变形前坐标,采用BDS三频信号构建的超宽巷组合利用无整周问题的数据处理策略求取变形粗略值,通过宽巷及L1原始观测值逐步精化求得精确的变形信息.采用变形监测试验平台的一组实测变形数据进行测试,验证了本文算法的可行性.

基于BDS-3的三频改进动对动模糊度解算方法

针对传统三频整周模糊度解算方法(TCAR)中,动态环境下整周模糊度固定成功率较低,以及无几何模型无法充分利用可见卫星观测信息的问题,提出1种三频改进动对动模糊度解算方法:以北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)三频观测值为基础,选取2组超宽巷组合观测值,无几何模型下解算其整周模糊度;然后通过线性组合的方式获得宽巷模糊度;最后利用宽巷距离量的约束,采用几何模型解算窄巷模糊度,从而还原初始双差模糊度。实验结果表明:采用双超宽巷线性组合的方法获得宽巷模糊度可降低动态场景中噪声的影响,大幅提升宽巷与窄巷模糊度固定成功率,且将传统TCAR方法与几何模型相结合,可有效提升可见卫星观测信息的利用率,窄巷模糊度固定成功率可达到90%以上,最终实现厘米级相对定位。

北斗三号中长基线RTK卡尔曼滤波算法

针对BDS-3星座的中长基线实时动态定位,该文提出了一种基于组合观测值的实时动态(RTK)卡尔曼滤波定位算法。忽略差分模型后的大气延迟残差影响,以位置参数和组合观测值的双差模糊度作为状态向量进行滤波估计,并采用最小二乘模糊度降相关平差(LAMBDA)方法搜索固定模糊度,将模糊度固定后的组合观测值当作高精度的"伪距"观测值直接进行定位解算。通过山东省35~65 km基线数据测试结果表明:BDS-3超宽巷滤波定位的模糊度固定率基本接近100%,其平面精度为厘米级,高程精度为分米级;BDS-3宽巷滤波定位的模糊度固定率高达99.2%以上,其平面和高程精度均为厘米级。