基于天牛须种群算法的整周模糊度解算算法

如何快速、准确地固定整周模糊度是载波相位测量中的一个关键问题。为了提高整周模糊度搜索速率,提出了一种基于天牛须种群算法(beetle antennae colony search, BACS)的整周模糊度解算算法。通过与BAS算法、BAS-Nadam算法、LAMBDA算法以及MLAMBDA算法进行解算速率、稳定性的对比实验,在三维模糊度解算时,BACS算法在与LAMBDA和MLAMBDA算法解算成功率相当的情况下,能利用更少的时间搜索到模糊度最优解。为了验证BACS算法在高维模糊度解算以及工程解算情况下是否适用,进行了高维模糊度解算的实验以及单频单GPS系统下BACS算法的应用实验。分析及实验表明,BACS算法能很好保证高维模糊度解算的实时性和鲁棒性,对于12维模糊度解算,平均解算时间0.068 s,解算成功率为92%,对于低维模糊度解算,解算速率更快,解算成功率更高。在单频单GPS系统工程解算中,x、y、z方向定位精度分别为±0.008、±0.01、±0.01 m,能达到厘米级精度定位。

北斗四频中长基线模糊度解算研究

随着北斗三号卫星导航系统完成全球组网并正式开通,中国已成为世界上第3个独立拥有全球卫星导航系统的国家.目前BDS-3卫星可播发5个频点的观测信号,研究BDS-3多频组合对于实现模糊度快速固定、提高定位精度具有重要意义.针对中长基线解算,本文充分利用BDS-3四频中存在电离层延迟极小且具有整数特性的组合,同时考虑对流层延迟的影响,建立了基于弱电离层组合的中长基线解算模型.实验结果表明,相比于传统双频无电离层模型,该模型的模糊度固定速度提高10%以上,N、E、U 3个方向定位精度相比最优双频无电离层组合分别提高了7.7%、7.9%、8.2%.

Galileo三频非组合PPP相位小数偏差估计与模糊度解算

欧洲的Galileo目前已经有28颗在轨可用卫星,具备全球精密定位能力,并且所有卫星均能够播发多频信号,多频信号融合有望进一步改善精密单点定位(precise point positioning,PPP)模糊度固定解性能.本文研究了Galileo三频非组合PPP相位小数偏差(fractional cycle bias,FCB)估计与模糊度解算(ambiguity resolution,AR)方法,并将其结果同双频非组合PPP模糊度固定解与浮点解结果进行了对比分析.结果表明:利用155个全球分布的地面跟踪站数据进行FCB估计,单个频率上的FCB估值序列标准差(standard deviation,STD)优于0.04周;双频PPP浮点解在E、N、U方向收敛时间分别为32.0 min、10.0 min、43.5 min,双频PPP固定解收敛时间分别减少到30.5 min、8.5 min、32.0 min,三频PPP固定解收敛时间分别进一步缩短到16.5 min、8.0 min、32.0 min.

多频GNSS单历元模糊度解算方法

全球导航卫星系统(GNSS)是城市环境下智能交通、自动驾驶等领域快速获取精确位置信息的主要手段,而GNSS相对定位作为城市环境下实现实时(单历元)精密定位的主要方式之一,其关键在于整周模糊度的快速可靠固定。目前,各GNSS系统均可实现多频信号的播发,对于三频GNSS模糊度解算方法已有广泛的研究与应用,但随着BDS-3公开提供5个频点的观测数据,研究如何解决多频(四频、五频)GNSS模糊度的快速解算。

分步北斗三频部分模糊度解算方法

针对动态环境下半周模糊度导致全集模糊度难以固定的问题,提出了一种分步北斗三频部分模糊度解算方法。该方法首先基于半周模糊度特性,设计了一种连续观测历元部分模糊度解算(COE-PAR)方法,初步筛选出质量较优的模糊度子集,减少了后续部分模糊度解算的计算量。进一步设计了一种逐级部分模糊度解算(CPAR)方法,通过多种基于观测质量的模糊度筛选方法对超宽巷、宽巷和窄巷模糊度进行逐级部分固定,获得了不含半周模糊度的部分模糊度固定解。最后通过动态车载实验验证了方法的有效性。实验结果表明,分步北斗三频部分模糊度解算方法可有效提高动对动相对定位的模糊度固定率。城市动态环境下,与传统全集模糊度解算方法相比,Ratio检验后的模糊度固定率从91%提高至100%,相对定位误差降低了18%~79%;同时,COE-PAR方法减少了CPAR方法中模糊度剔除时最小二乘模糊度降相关平差(LAMBDA)算法约55%的执行次数。

一种矩阵分块的GNSS相位模糊度快速解算方法

为解决GNSS模糊度解算中最小二乘模糊度去相关(least-square ambiguity decorrelation adjustment,LAMBDA)算法涉及大量矩阵运算、降相关耗时较长等问题,提出一种对条件方差矩阵进行分块的最小二乘模糊度去相关(blocking in least-square ambiguity decorrelation adjustment,BLAMBDA)算法。该算法对条件方差矩阵进行分块,减少条件方差排序次数,并在此基础上对Cholesky分解公式进行整合,减少Cholesky分解过程中的数乘运算。仿真实验和实测结果表明,与LAMBDA算法相比,BLAMBDA算法的整体解算效率提升显著,且更加稳定。

一种改进的TCAR算法研究

分析影响TCAR成功率的主要因素,在此基础上给出了改进TCAR的方案。一是从组合方式着手,舍弃了超宽巷到宽巷再到窄巷的固定模式,在分析影响TCAR的因素的基础上,探究TCAR中组合的选择原则,并且分别给出短基线与中长基线的推荐组合;二是采用平滑窗口对观测噪声引起的误差进行平滑,削弱了观测噪声的影响,从而提高了模糊度固定的成功率;三是针对中长基线电离层误差问题,采用两组组合观测值估计电离层误差,用于下一步固定电离层误差的修正,从而提高了下一步固定的成功率。

先验信息约束的车载GNSS RTK/IMU紧组合导航算法

针对传统RTK/IMU组合导航系统在复杂环境中的模糊度固定率低导致其精度和可靠性较差的问题,文中提出一种先验信息约束的车载GNSS RTK/IMU紧组合导航算法。该算法首先构建一种基于IMU辅助伪距一致性检测的GNSS质量控制模型,以识别并剔除粗差较大的伪距观测量,接着提出一种附加先验长度信息约束的GNSS模糊度解算方法,提高GNSS模糊度解算的成功率,最后,将RTK与IMU输出的数据通过EKF进行紧组合滤波融合,从而提高组合导航系统在复杂环境中的精度与可靠性。实测车辆实验数据表明,提出算法相对于传统RTK/IMU紧组合导航算法,在三维位置和速度上的精度提升率达到36.36%和14.29%;与基于IMU位置信息约束的RTK/IMU紧组合导航算法相比,提升率分别达到26.31%和20.00%。

基于C-LAMBDA算法的GNSS相对定位增强方法

针对相对定位场景下载体天线间先验基线信息利用不充分问题,提出基于约束的最小二乘模糊度降相关平差算法(C-LAMBDA)的全球卫星导航系统(GNSS)相对定位增强方法:对于双天线载体,采用C-LAMBDA算法进行基线长度约束的定向解算,将求解得到的模糊度向量和基线矢量作为先验信息融入相对定位观测方程,从而将基线长度先验信息辅助提升解算效果的先天优势从测姿领域扩展到相对定位领域,由此给出基于C-LAMBDA算法的GNSS相对定位增强模型;通过推导相对定位增强模型糊度精度因子(ADOP)与传统单天线载体相对定位模型ADOP的数学关系,从理论上揭示了增强模型对于模糊度浮点解精度的提升作用。仿真与实测试验结果表明,与传统单天线载体相对定位相比,该方法在不同可视卫星数观测条件下均能够提高模糊度浮点解的精度,有效提升模糊度解算成功率,从而增强相对定位的可靠性。

基于格论的GNSS模糊度解算

快速、准确地解算整周模糊度是实现GNSS载波相位实时高精度定位的关键,由于模糊度之间的强相关,基于整数最小二乘估计准则时,需要较长的时间才能搜索出最优的整周模糊度向量。为了提高模糊度的搜索效率,本文在扼要介绍格论的理论框架基础上,引入基于格论的模糊度解算方法,通过格基规约来降低模糊度之间的相关性,从而快速搜索出最优的整数模糊度向量。与此同时,将GNSS领域的主要降相关方法统一到格论框架下,探讨了并建议采用Boot-strapping成功率作为格基规约的性能指标之一。最后试验分析三频多系统长基线相对定位情况下,不同格基规约可获得的性能。

遗传算法解算GPS短基线整周模糊度的编码方法研究

将遗传算法(GA)应用于GPS短基线模糊度解算过程,实现了二进制编码和实数编码方法,并对这两种编码方法在实际计算过程中的实现效率和复杂度进行了分析比较。针对双差模糊度的整数特性,笔者在实数编码内取整后再生成个体进行算子操作。试验结果表明,经过修改的实数编码遗传算法可以取得比二进制编码更高的可靠性和成功率,是更适于双差模糊度搜索采用的编码方法。

基于最优组合的长基线网络RTK三频载波模糊度快速解算

针对三频载波模糊度解算TCAR法因电离层、观测噪声等误差影响而导致长基线模糊度解算可靠性较低的问题,提出了一种改进的适用于长基线网络RTK的TCAR方法。该方法继承了传统TCAR法逐级固定整周模糊度的思想,充分根据模糊度解算中每一步骤不同特点及不同目的选择最优组合观测值。首先,利用组合限制条件确定超宽巷模糊度解算最优组合;然后,引入平滑思想提高电离层残差估计精度,同时结合求解窄巷模糊度的WL/NL最优组合快速获得窄巷模糊度;最后,通过线性无关宽巷与窄巷组合模糊度实现基础载波模糊度准确解算。算例分析表明,基于最优组合的改进TCAR法有效提高了模糊度解算的成功率,实现了长基线网络RTK三频载波模糊度的快速解算。

BDS多频组合模糊度解算方法研究

正确固定载波相位的整周模糊度是利用GNSS进行高精度定位的关键。分析了三频组合观测值模型及相关误差分析;通过计算得到了北斗三频载波数据组合观测值的属性指标,并根据组合观测值的选取标准,给出了其中具有代表性的组合;然后选取了其中两组较好的组合观测值,并模拟解算出了其单历元整周模糊度。计算结果表明:所计算的模糊度值波动在0.5周之内,说明该方法的整周模糊度固定效果较好。

一种基于部分搜索的GNSS模糊度解算方法

为解决LAMBDA算法搜索策略效率不高的问题,提出了一种基于部分搜索的模糊度解算新方法。该方法的解算成功率接近LAMBDA算法,且只需对最后3维模糊度元素采取搜索策略。同时,通过合理设定搜索椭球的大小和搜索策略;大大提高了搜索效率。通过实验对该新算法与Bootraping算法、LAMBDA算法进行了比较分析,进一步验证了该新算法的有效性。

模糊度线性约束的消电离层多频模糊度解算

针对传统多频模糊度解算方法受到电离层延迟影响造成窄巷模糊度解算可靠性降低的问题,提出一种基于模糊度线性约束的消电离层MCAR方法。该方法通过模型等价性原理构建了基于几何相关-消电离层组合模型,并凭借能够可靠解算的超宽巷/宽巷模糊度值形成线性约束,进而构造窄巷模糊度解算模型,最终求解窄巷模糊度及精密定位结果。多组北斗三频实际数据测试结果表明,即使双差电离层延迟达到73.2cm,所提出方法也可实现模糊度解算成功率高于96%,定位精度优于15cm。

北斗系统三频载波相位整周模糊度快速解算

北斗导航定位系统播发三个频率观测值，有助于载波相位整周模糊度的快速、准确固定。传统的几何无关模型三频载波相位模糊度固定算法通常采用遍历整数搜索的方法确定载波相位一伪距组合系数，组合后的噪声因子较大，模糊度固定成功率不高。在分析了北斗系统伪距测量误差特性的基础上，给出了加权组合噪声因子的定义及其约束下的最优组合系数的求解方法。采用Hatch滤波提高电离层延时误差实时估计精度，成功固定三组线性无关组合系数对应整周模糊度，进而确定基础整周模糊度。利用北斗系统短基线、长基线实测数据对算法性能进行了验证，实验表明：提出的算法可优化超宽巷、宽巷组合噪声因子20％以上，模糊度固定成功率提高10％-18％左右，30s历元平滑后的基础模糊度固定成功率可达90％以上。

一种网络RTK参考站模糊度快速解算方法

针对由于存在大气因素的干扰,网络载波相位差分技术(RTK)参考站模糊度解算会受到影响,同时当新卫星升至预先设置的截止高度角以上时,需要较长的初始化收敛时间,该文提出一种网络RTK参考站模糊度快速解算方法。该方法先利用电离层加权策略,辅助基线模糊度的快速解算,再采用扩展卡尔曼滤波(EKF)技术估计浮点模糊度,利用部分模糊度解算方法,最后通过最小二乘模糊度降相关(LAMBDA)算法和比率(RATIO)检测对模糊度进行固定解算。实验结果表明,该方法可以显著提高网络RTK参考站模糊度的固定率和缩短初始化收敛时间。

北斗RNSS-RDSS组合模糊度解算方法

电离层延迟较大是基线较长情况下的模糊度解算需要解决的关键问题。当基线较长时,由于基准站和流动站的电离层相关性弱使得双差电离层残差较大,易导致模糊度解算所需时间长且成功率不高。本文提出了一种模糊度解算方法,该方法将北斗无线电测定业务(radio determination satellite system,RDSS)的下行S频段信号测量值与无线电导航业务(radio navigation satellite system,RNSS)信号测量值组合来削弱电离层的影响。首先,通过RDSS信号测量值与RNSS信号测量值一起进行频率组合研究,确定了几组电离层延迟系数小且总噪声波长比(total noise level,TNL)较小的组合。然后,利用这些组合形成几何无关和电离层无关模型解算GEO卫星的窄巷模糊度。最后利用已知窄巷模糊度的GEO卫星测量值辅助求解非GEO卫星的窄巷模糊度。利用实测北斗星历对提出的方法进行了仿真验证,结果表明,本文方法可以从整体上提高模糊度解算的速度和成功率。

一种改进的LLL模糊度规约算法

整周模糊度的高效解算是GNSS高精度数据处理中的关键,基于格论进行GNSS模糊度估计时需要通过格基规约来实现最优整周模糊度向量的快速搜索。针对高维情况下常规LLL规约算法辅助整周模糊度解算存在规约耗时较长和规约性能有限的问题,引入最小列旋转QR分解技术对基向量进行预排序,采用延后尺度规约和部分尺度规约来减少规约过程中的冗余尺度规约,以改善LLL算法的执行效果。分别通过模拟和实测数据进行实验,结果表明:改进后的LLL算法可以明显降低格基规约耗时,实测环境下其规约效率相比于传统方法提高了约10倍,且能够保证较好的规约性能,从而有效提升高维模糊度的解算效率。

GNSS网络实时动态模糊度解算病态性解决策略

针对GNSS网络实时动态(RTK)参考站间模糊度解算病态性问题,分析了病态性对模糊度浮点解影响,并基于无电离层组合解算模糊度基本模型,提出了改善模型病态性的两种策略。1参数选取策略:针对高仰角卫星,采用相对天顶对流层参数代替常规双天顶对流层参数设置,减少待估参数以改善病态性;2参数相关性优化策略:将GNSS卫星模糊度解算分为较易固定和较难固定两类,首先获取较易固定模糊度整数解,并反演天顶对流层延迟信息,再将该信息作为先验信息对较难固定模糊度解算模型进行约束,通过减小天顶对流层与模糊度相关性改善病态性。算例分析表明:两种策略在初始历元法方程病态性就明显优于常规模型,且只要通过少数十几个甚至几个历元就能够快速减弱法方程的病态性。该方法不需要考虑附加矩阵或参数的设置,易于实际工程应用。