基于自适应聚类算法的GPS三频载波相位组合观测值优化选取

推导了GPS三频载波相位组合观测值模型,并且对组合观测值进行了误差分析。根据模糊聚类分析理论,对由长波长标准得到的三频载波相位组合观测值进行分析,运用基于相异度矩阵的自适应聚类算法对其进行分类。对各类组合观测值适用条件进行分析,利用实测L1、L2数据和模拟的L5数据通过矩阵变换求解模糊度法对其进行验证。从而得出结论:通过模糊聚类分析不仅可以选取满足不同长短基线的较优组合,而且大大减少了运用枚举所有组合来筛选较好组合的工作量。

基于FCM算法的BDS三频载波相位组合观测值优化选取

针对传统GNSS载波相位组合观测值选取过程中效率低、工作量大的问题,在对BDS三频载波相位组合观测值的波长标准、电离层延迟标准、观测噪声标准进行误差分析的基础上,以长波长、弱电离层、弱观测噪声标准作为聚类指标,采用模糊C均值聚类算法对BDS三频载波相位组合观测值进行优化分类选取,最后通过矩阵变换法和实测数据对优化组合进行整周模糊度解算,对组合模糊度方差-协方差阵以及历元间模糊度差值进行分析,证明该方法的可行性和可靠性。

基于北斗导航系统的三频载波相位高精度时间长距离传递方法研究

全球导航卫星系统(GNSS)是高精度时间长距离传递技术重要应用手段。针对高精度时间长距离传递受限于全球定位系统(GPS)载波信号组合的问题,该文提出一种基于北斗导航系统(BDS)的三频载波相位高精度时间长距离传递方法。分别对BDS不同载波信号B1、B2、B3进行两两组合,通过二次叠加无电离层,消弱各种全链路误差影响,验证了B12和B13组合时间传递精度最低,B13和B23组合时间传递精度最高,3种组合的时间传递均方根(RMS)误差差异不超过0.03 ns。与国际精密钟差产品比较,结果表明在2600 km的时间链上,基于BDS的三频载波相位的时间传递均方根误差小于0.244 ns,基于BDS的三频载波相位长距离时间传递可以实现亚纳秒级,可为全球导航卫星系统应用提供技术支撑。

BDS三频双差载波相位组合平滑伪距算法

针对现有的载波相位平滑伪距算法多基于GNSS双频观测值且在伪距平滑过程中易受电离层延迟累积干扰的问题,提出一种基于北斗三频观测值的载波相位平滑伪距算法。首先通过构建北斗三频优选线性组合,进一步削弱双差载波相位观测值的电离层延迟以及观测噪声;接着通过经典Hatch滤波平滑器,用优选三频双差载波相位观测值代替原始载波相位观测值对组合伪距观测值进行平滑,得到最终伪距平滑解用于伪距定位。最后采用0.004、14.4、61.7和131.6 km这4组不同基线长度的北斗三频实测数据对算法进行验证,给出了平滑前后伪距历元差对比图及算法对4组基线观测值的平滑率。结果表明,所提算法对短基线和中长基线三频观测值的平滑率均能达到90%以上。通过对4组基线条件下平滑效果进行比较分析,验证了本文中的理论推导及算法的有效性。

基于三频GIF组合的载波相位观测精度分析

鉴于三频GNSS在削弱观测误差方面的优势,基于GNSS三频载波观测独立等精度的假设,在利用滑动多项式拟合实现三频载波无几何无电离层GIF组合观测精度快速估计基础上,研究了一种载波观测精度快速估计算法。GPS和BDS三频数据实验结果表明,该算法可实现三频载波观测精度的快速估计,为快速精密单点定位提供准确的随机函数模型。

BDS三频观测值线性组合分析

简单介绍了GNSS数据处理中观测值线性组合的理论基础。基于BDS三频观测值,深入分析不同BDS观测值线性组合所具备的特点,为BDS数据处理提供参考。

基于双频载波相位观测值组合的GPS单点定位研究

文章从双频载波相位观测值的线性组合出发,分析了GPS精密单点定位的精度因素,探讨了双频载波相位的线性组合方式,给出了其相应的数学模型,确定了筛选标准。经实际使用证明,该方法计算简单,精度可以满足相关需求,更适用于工程导航应用。

多频载波相位组合进行单点定位

不同于双频数据的应用,多频数据的采用对单点定位有着特殊意义,可以更好地获得其模糊度的解。基于卫星导航定位系统多频载波相位线性组合理论,研究了具有特殊意义的组合观测值及其特性。在此基础上,通过多频观测值数据的数值仿真,采用新方法进行整周模糊度快速求解。编制了基于多频载波相位组合单点定位软件,通过结果的比较分析,得出有一定实际应用意义的结论。此方法算法简单,速度快,能够满足实时导航定位的需要,具有工程应用价值。

三频北斗载波相位观测值质量分析

北斗卫星导航系统已开始播发三频数据,为多频应用研究提供了数据支持。利用实测北斗三频载波相位观测数据,形成三频无几何消电离层组合观测值以及零基线双差观测值,从而进行北斗不同类型卫星的载波相位观测值质量分析,结果表明北斗三频载波相位观测值多路径误差均在3cm以内;三个频率载波相位观测精度均优于2mm。

北斗系统多频载波相位整周模糊度解算方法研究

研究利用LAMBDA方法来解算三频载波相位BDS系统和GPS系统整周模糊度并分析其固定精度情况。通过采用2 km、5 km、8 km、10 km和12 km五条基线进行单系统解算对比,实验结果表明,无论是BDS还是GPS,在进行单系统RTK解算中,N方向坐标偏差变化幅度较其他两个方向变化都是最大的;在进行5 km的基线解算中,BDS三个坐标方向偏差基本保持在-0.2~0.4 m之间,相对于GPS系统较好;5 km的基线解算中,GPS系统三个方向坐标偏差值基本在-0.1~0.1 m之间,较BDS系统稳定且精度高。2 km基线的时候在200历元左右GPS固定精度明显优于BDS,5 km的时候GPS在1 000历元左右模糊度固定精度明显要比BDS高,但是随着基线长度的增加,GPS系统模糊度固定精度逐渐趋近,直至小于BDS系统。

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。

GPS三频无几何相位组合周跳探测与修复

随着GPS现代化的实施和L5频率的开设,GPS进入了三频时代。相对于双频观测数据三频观测值线性组合可以形成更多长波长、弱电离层、低噪声的组合。本文分析了GPS三频无几何相位组合的特性,利用两个GPS三频无几何相位组合和一个三频伪距载波组合组成观测矩阵探测周跳,并采用搜索方法确保周跳修复的正确。最后利用模拟的L5观测数据进行验证,结果表明该算法可以有效地探测并修复周跳。

基于模糊C均值聚类的载波相位组合观测值优化选取

针对传统卫星导航系统载波相位组合观测值筛选方法工作量大的问题,引入了模糊聚类理论,将其与载波相位组合理论相结合,对聚类指标进行了选取,运用模糊C均值聚类算法对卫星导航系统三频载波相位组合观测值进行了分类。对各类组合观测值适用条件进行分析,利用北斗系统三频实测数据通过矩阵变换求解模糊度法验证了该方法的可行性与可靠性。

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.

加权模糊C均值聚类算法实现BDS三频组合观测值优选

在对BDS三频载波相位组合观测值进行误差分析的基础上,确定了优选载波相位线性组合系数的筛选标准。针对传统聚类算法在高维多频混合数据集分类中存在的不足,采用一种基于加权的模糊C均值聚类算法,通过对同一维度在不同簇上赋予不同的权重值,对传统遍历搜索法所获得的部分BDS三频载波相位组合观测值进行了优化分类选取,有效解决了传统全球导航卫星系统载波相位观测值选取方法效率低的问题,同时为多系统多频数据组合观测值系数的优化选取提供了一种新的思路。对分类结果进行分析,确定了各类组合观测量的适用范围,并结合实测数据,利用无几何层叠模糊度解算方法对优选组合进行了整周模糊度的解算,结果验证了该方法的可行性。

北斗三号新三频相位模糊度固定方法

针对北斗三号新的三频观测值,通过分析BDS-3三频线性组合观测值特性,选取高质量组合观测值,采用无几何相关GF(Geometry-Free)模型和无几何无电离层相关GIF(Geometry-Ionospheric-Free)模型分别对实测BDS-3卫星数据进行单历元三频相位模糊度解算TCAR(Triple-frequency Carrier Ambiguity Resolution)。试验结果表明,短基线时GF模型模糊度误差都在0.5周以内,且模糊度固定成功率都在88.43%以上;中长基线时GF模型模糊度固定能力明显降低,宽巷下降到73.47%,窄巷也只有25.44%。GIF模型在中长基线解算时相比于GF模型具有更好的模糊度固定能力。中长基线GIF模型宽巷模糊度固定成功率达85.31%,相对于GF模型提高了13%。中长基线GIF模型窄巷模糊度固定成功率在43.58%以上,相对于GF模型提高了51%。

基于遗传模拟退火FCM算法的BDS-3三频组合优化选取

北斗三号系统播发B1I、B1C、B2a、B3I 4种公开服务信号,可组成4种BDS-3三频载波相位组合,即B1C、B2a、B3I在分析三频载波相位组合观测值模型基础上,给出三频载波相位组合优化选取标准。针对以往模糊C均值(FCM)算法在载波相位组合观测值优化选取中的不足,提出基于遗传模拟退火FCM算法。利用遗传模拟退火算法优化初始聚类中心,克服FCM算法过度依赖初始聚类中心的缺点;然后以长波长、弱电离层、低观测噪声为聚类指标,对选取的BDS-3三频载波组合观测值进行优化分类;最后利用矩阵变化法求解BDS-3三频实测数据模糊度,验证该方法的可行性。

BDS三频信号最优组合的模糊聚类分析法

针对如何优选出三频BDS最优载波相位线性组合观测量的问题,基于三频GNSS载波相位组合观测量理论,本文提出最优组合观测量选取的模糊聚类分析法。首先构建满足超宽巷组合和窄巷组合条件,且具有不同巷数、电离层数及噪声放大因子的三频BDS组合观测量,并假定各参数均为最优值的理论最优组合观测量;然后对满足条件的超宽巷组合和窄巷组合用模糊聚类分析法进行聚类排序;最后根据各组合观测量与假定的最优组合观测量聚为一类的先后顺序,确定三频BDS最优组合观测量的选取顺序。结果表明:模糊聚类分析法通过组合观测量的聚类排序,实现了最优组合观测量的筛选。无几何TCAR算法也验证了模糊聚类分析结果的正确性。

BDS参考站三频整周模糊度单历元确定方法

参考站载波相位整周模糊度的准确确定是实现BDS网络RTK定位的关键。本文研究了BDS参考站三频载波相位整周模糊度单历元确定方法。首先推导了参考站三频载波相位整周模糊度之间的多个整数线性关系,根据双频载波相位整周模糊度的整数线性关系,以及B1载波相位整周模糊度备选值,确定B1/B2和B1/B3载波相位整周模糊度的备选组合。然后利用不受误差影响的三频载波相位整周模糊度间整数线性关系,对整周模糊度备选值进行约束和确定。根据大气误差的空间相关性,采用以卫星高度角和方位角为依据的基准卫星选择方法,降低了对流层延迟误差残差对多频载波相位整周模糊度之间线性关系约束能力的影响。试验结果表明,本文方法能够实现参考站三频载波相位整周模糊度的单历元准确确定,且计算效率高,算法简单。

利用GPS三频数据计算电离层垂直总电子含量变化率

研究了通过采样间隔为1 s的GPS三频载波相位观测数据计算1 Hz电离层垂直总电子含量变化率(RVTEC)的方法,推导了直接采用双频载波相位观测量计算RVTEC的公式,对一般空间环境与电离层活动剧烈两种条件下L1L2、L1L5、L2L5三种载波相位组合计算的RVTEC进行了一致性分析,给出了通过三频载波相位观测数据计算电离层RVTEC的修正方法,比较了X射线太阳耀斑期间RVTEC与由传统方法计算的总电子含量变化率(ROT)响应,在双星串飞编队测高模式下对计算方法进行了应用.结果表明,L1L2、L1L5两种组合之间的一致性较好,由L1L2、L1L5组合计算的RVTEC的中误差约为0.004 TECu/s,RVTEC较ROT更能体现TEC变化的细节,在双星串飞编队测高模式下海面高梯度的计算中,电离层延迟之差可以忽略.