基于IGGⅢ抗差估计的GNSS部分模糊度固定改进算法

针对滑坡等复杂环境下GNSS观测数据受高遮挡、多路径等因素影响,易使模糊度固定成功率降低进而导致定位可靠性变差的问题,提出一种基于IGGⅢ抗差估计的GNSS部分模糊度固定改进算法。通过引入抗差估计算法,削弱粗差对参数估计的影响,提升浮点模糊度精度;此外,为避免残余误差对后续整周模糊度解算产生影响,采用基于条件方差矩阵法的部分模糊度固定改进策略,进一步提升模糊度固定成功率。实验结果表明,相比于全模糊度固定方法,该算法可显著提高模糊度固定率,3个测站分别提升5.9%、52.7%、48.0%;同时,相比于传统的卡尔曼滤波算法,改进的抗差估计算法可明显改善模糊度固定错误的情况,极大提升GNSS定位精度,水平方向RMS优于1cm,高程方向RMS优于2cm。

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。

基于部分模糊度固定技术的RTK定位改进算法

差分卫导实时动态定位(RTK)的定位精度取决于载波相位整周模糊度固定算法的成功率。LAMBDA(Least-Squares Ambiguity Decorrelation Adjustment)算法作为最有效的模糊度在航固定算法,其效能易受卫星故障、多径效应等因素的影响。为提高LAMBDA算法的成功率,引入部分模糊度固定技术。改进后的RTK定位算法以模糊度方差值为序,逐步剔除具有相对最大方差的模糊度并利用LAMBDA算法固定剩余的模糊度,直至模糊度固定成功。双动运动平台实测结果表明,改进后的RTK定位的模糊度固定成功率达到100%,其中首次固定成功率达到98.3%。与导航领域公认的事后处理软件定位结果相比,改进后的RTK定位精度达到厘米级。

部分模糊度固定的多基线解算方法

采用非差观测值构建误差方程,通过等价变换消除卫星钟差参数和接收机钟差参数,建立多个测站的联合等价双差观测方程。针对联合方程等价模糊度个数较多、相关性较强的特点,本文提出一种新的部分模糊度固定(PAR)方法。该方法将等价模糊度按照方差大小升序排列,通过循环剔除最大方差模糊度并进行Ratio检验,最终实现部分模糊度的固定。实例计算表明,相比完全模糊度固定(FAR)方法,PAR方法不仅具有更高的模糊度固定率和成功率,且提高了多基线精密定位的可用性,其坐标解算精度与FAR具有较好的一致性。

部分模糊度固定技术在动态精密单点定位中的应用

在精密单点定位中,模糊度固定是一个难点问题,而由于窄巷模糊度波长较短,对其进行固定更为困难。本文采用逐级模糊度固定的策略,利用整数相位钟法实现了GPS PPP模糊度固定。在此基础上,改进传统LAMADA方法所采用的全部模糊度固定(FAF)技术,采取了一种部分模糊度固定(PAF)技术,并将其应用到窄巷模糊度固定中。该方法综合考虑位置精度因子、连续观测历元数、模糊度精度因子和Ratio值等因素,在兼顾模糊度固定可靠性的同时去提升模糊度固定率。通过4个MGEX站的实测数据进行动态PPP实验,结果表明:相较于FAF方法,PAF方法有效的提高了模糊度的固定率并进一步改善了定位精度;在观测条件较少或者残余误差较大时,部分模糊度固定可减少首次固定的时间。

基于部分模糊度解算的BDS/GPS组合RTK算法

GNSS多频率组合RTK定位逐步进入实际应用,存在模糊度维数增多、搜索空间增大,导致模糊度搜索运算量增大及模糊度固定效率低等问题。文中提出一种多星座部分模糊度解算算法,该算法综合考虑卫星高度角、模糊度固定成功率及Ratio值来筛选卫星进行模糊度解算。通过一组动态跑车实验分析表明:相比于全模糊度解算(FAR),部分模糊度解算(PAR)可以有效地提高BDS/GPS组合RTK的模糊度固定率,其模糊度固定率从79.9%(FAR)提高到99.1%(PAR),且PAR算法定位结果可靠性更高。

城市动态环境下GNSS RTK部分模糊度固定算法性能分析

针对当前GNSS RTK算法在城市环境下可用率较低,特别是动态条件下满足cm级精度定位的观测历元少的现状,将部分模糊度固定算法应用于城市动态环境GNSS RTK定位,并采用城市环境下车载数据验证部分模糊度固定算法的可用性。测试结果证明,该算法能显著提高城市环境下GNSS RTK模糊度固定率,增加cm级定位历元数量。

一种分步组合的部分模糊度固定方法

针对高精度定位中模糊度固定率与正确率低的问题,提出了一种分步组合的部分模糊度固定方法。该方法首先采用丹麦法对双差观测值随机模型进行调整,并依据标准化残差选出相位观测值明显异常的模糊度子集;然后基于降相关模糊度方差法进行精筛选;同时顾及模糊度浮点解信息,优先剔除最优和次优解不一致的模糊度;采用最小二乘降相关平差(LAMBDA)法进行固定。实验结果表明:相对于全模糊度固定法,部分模糊度固定法可有效地提升模糊度固定率,提升了大概13.8%~37.0%;分步组合的部分模糊度固定法,有效减小了实际观测值中未探测到偏差对模糊度固定的影响,对于部分观测值异常的场景也能较好适用,较原始的部分模糊度固定法,动态场景下平均改善61.5%,并提升了模糊度固定解的正确率。

部分模糊度固定方法在GNSS/INS紧组合中的应用研究

针对动态环境下GNSS/INS导航定位模糊度固定难的问题,提出了一种基于部分模糊度固定的GNSS/INS紧组合导航定位算法,通过选择模糊度的最优子集进行固定,并利用实测车载实验进行了算法验证。实验结果表明在开阔环境下,基于部分模糊度固定的GNSS/INS紧组合与基于全模糊度固定的GNSS/INS紧组合算法的定位精度相当,均为厘米级,但是使用部分模糊度固定算法可以有效地提升模糊度固定率;在城市环境下,基于部分模糊度固定的算法明显优于基于全模糊度固定的算法,前者东向精度提升了8%、北向精度提升了31%、天向精度提升了60%,且模糊度固定率提升了21.8%。

后验概率与最小均方误差解结合的GNSS部分模糊度解算策略

在GNSS弱定位模型中,常常需要采用模糊度部分解算方法获得满意的定位精度。为了进一步提升定位的准确性,本文从3个方面对模糊度部分解算方法进行改进:①决定模糊度被固定元素的依据不再是完全基于模型的Bootstraping成功率,而是同时基于模型和观测数据的后验概率。②当模糊度部分固定时,未固定的模糊度元素不再取条件浮点解,而是取基于已固定元素的最小均方误差解。③当模糊度完全不固定时,模糊度向量不再取浮点解,而是取最小均方误差解。试验中用一组北斗实测数据检验了原GNSS模糊度部分解算方法和新方法。结果表明,新方法部分固定和不固定历元数量少于传统方法,且定位精度显著提高。

一种多频多系统部分模糊度固定算法

针对GNSS多频多系统的定位模式使得整周模糊度的维数急剧增加,导致很难快速准确地固定所有模糊度,引起显著RTK定位偏差的问题,提出一种基于卡尔曼滤波的GPS/BDS/Galileo组合部分模糊度固定方法:对原始误差方程进行参数重组,将窄巷模糊度组合形成宽巷以及超宽巷模糊度;采用多重约束检验取整超宽巷、宽巷模糊度并依次对待估参数进行更新;对窄巷模糊度子集进行筛选,缩小模糊度的搜索空间;结合历元间差分,提供当前历元先验位置解,对模糊度进行检验。经实验表明:在长距离静态实验中,该算法在定位精度E、N和U方向上相较于常规部分模糊度固定分别提升32%、42%和28%。在模糊度固定正确率和收敛速度方面也有显著的提升,且随着基线长度的增加其优势越明显;在短距离动态实验中,该算法在较为复杂的城市道路中定位精度、可靠性以及重收敛速度同样具有出色的表现。

一种改进的模糊度子集选取方法及其性能评估

模糊度固定(ambiguity resolution,AR)能在一定程度上加快精密单点定位收敛并提高定位精度。但是模糊度固定率和计算效率会随模糊度数量的增加而降低,因此部分模糊度固定(partial ambiguity resolution,PAR)备受关注。PAR技术的关键在于模糊度子集选取,提出了一种改进的模糊度子集选取法,将高度角、信噪比以及模糊度方差联合作为模糊度子集选取的指标。实验结果表明:静态模式下,相比于全模糊度固定(full ambiguity resolution,FAR)和基于高度角的PAR方法,该方法的固定率分别提升9.65%和2.56%,首次固定时间分别缩短6.86%和3.43%,收敛时间分别缩短15.57%和5.13%,当三种方法固定率大致相同时,定位精度分别提升4.74%和5.39%;动态模式下,该方法的固定率分别提升22.75%和0.92%,首次固定时间分别缩短12.44%和0.44%,当三种方法固定率大致相同时,定位精度分别提升3.50%和4.89%。总体而言,无论是在静态还是动态模式下,该方法相比于FAR和基于高度角的PAR方法,性能均有所提升。

基于BDS/GPS组合定位的部分模糊度固定效果分析

多系统组合有利于提高卫星导航定位的精度及可靠性,然而对于载波差分定位由于模糊度维数的陡增、观测噪声、大气残余误差等原因用传统的Lambda方法很难得到所有模糊度的固定解,采用部分模糊度方法固定最优的模糊度子集则相对容易。总结了现有的部分模糊度固定方法,分析了不同方法的特点,并用实测数据分析了BDS/GPS组合动态定位时部分模糊度固定的效果。实验结果表明,部分模糊度方法可以显著提高模糊度固定时的成功率及Ratio值,并且可以缩短RTK定位时的初始化时间,加快坐标的收敛速度,提高组合系统动态定位结果的精度。

部分模糊度固定的GPS/BDS中长基线RTK算法研究

针对GPS/BDS中长距离RTK定位中模糊度维数的增加、观测噪声以及大气残余误差的影响,致使模糊度固定率较低,难以实现全模糊度固定(FAR)这个问题。该文采用扩展卡尔曼滤波模型,对电离层延迟和相对天顶方向对流层延迟误差进行参数估计,提出了一种部分模糊度固定(PAR)方法。利用2018年8月27日河北CORS站两条中长基线的GPS和BDS实测数据对该算法进行了验证。结果表明,相比于FAR方法,PAR方法能够改善定位结果精度和明显提高模糊度Ratio值以及固定率,保证了定位的稳定性和可靠性。

针对消电离层组合FCB的非组合PPP部分模糊度固定方法

非差模糊度经过未校准硬件延迟小数部分(fractional cycle bias,FCB)产品改正后恢复整周特性,能够显著缩短精密单点定位(precise point positioning,PPP)的初始化时间。服务端采用非组合模型估计FCB产品时,由于电离层误差的影响,原始频点L1和L2的FCB无法准确分离,因此提出一种基于消电离层组合FCB产品的非组合PPP部分模糊度固定方法。由于传统服务端消电离层组合FCB产品算法与用户端非组合模糊度固定算法具有一致性,可采用星间单差的宽巷和原始频点模糊度构建窄巷模糊度,利用消电离层组合FCB产品进行分步模糊度固定。采用全球120个MGEX(multi-GNSS experiment)测站作为服务端生成消电离层组合FCB和非组合FCB产品,再选取全球未参与服务端解算的10个测站进行评估验证。实验结果表明,相对于使用传统非组合FCB的模糊度固定方法,静态情况下,所提方法收敛精度平均提升25.0%,收敛时间缩短21.1%;仿动态条件下,所提方法收敛精度平均提升26.7%,收敛时间缩短17.9%。

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。

一种机载GNSS高精度定位算法

提出部分模糊度固定的加权电离层模型提高大范围全球卫星导航系统(GNSS)航空定位的精度、可靠性及连续性.该方法的主要思路包括:自适应调整大气扰动等误差影响以实现短基线与长基线两类解算模式之间的灵活切换;施加虚拟电离层观测约束信息,提高基线动态定位的浮点解精度;采用部分模糊度固定方法有效挖掘若干模糊度参数的整周约束.试验表明,提出的方法可提高模糊固定效率与定位精度,克服传统方法有效观测信息利用率不足、定位精度较差、可靠性不高以及连续性较差的问题.实验结果表明,部分模糊度固定算法可在2 min内固定95%以上宽巷模糊度解算与80%以上窄巷模糊度,约20 min后可固定所有模糊度.

多GNSS系统组合PPP定位精度评估

采用MGEX网提供的GPS、GLONASS、BDS、GALILEO四系统双频观测数据,以CODE、GBM、WUM、GRG精密产品进行了静/准动态模式下多系统组合无电离层延迟PPP浮点解与整数钟法固定解实验。结果表明多系统的组合提升了定位精度,尤其是GLONASS的加入效果最明显,CODE与GBM产品的解算精度优于WUM、GRG产品。部分模糊度固定相比全模糊度固定的效果显著,模糊度固定明显缩短了PPP收敛时间,在静态模式下相对浮点解精度提升10%以内,动态模式下E方向与U方向精度提升效果最好。

基于部分固定策略的多系统长距离基准站间模糊度快速解算

基准站间整周模糊度的快速准确固定是实现网络RTK高精度快速定位的前提。对于GPS/GLONASS/BDS组合系统长基线,模糊度维数大幅度增加,加之观测噪声、大气残余误差等因素的影响,很难快速准确地固定所有模糊度,尤其是低高度角卫星模糊度。提出了一种基于部分固定策略的GPS/GLONASS/BDS组合网络长基线部分模糊度快速解算方法,以截止高度角、模糊度固定成功率以及Ratio值为主要参数,优选模糊度固定子集,以实现长距离基准站间模糊度快速固定。通过实测GPS/GLONASS/BDS三系统长基线数据的实验验证,部分模糊度固定方法可有效避免低高度角卫星对模糊度固定的影响,从而显著提高模糊度固定时的成功率及Ratio值,缩短长距离基准站间模糊度准确固定所需的时间。

GNSS RTK定位技术的发展历程和机遇

实时动态载波相位差分定位技术(RTK)凭借其算法简单、收敛快、定位精度高和可靠性强等优点被广泛应用于测绘、监测、导航等方面。随着全球导航卫星系统(GNSS)的不断发展和完善,基于GNSS的RTK技术在理论算法、工程应用、数据处理等方面也取得了巨大的进步。本文对RTK定位技术进行详细综述,重点介绍长基线RTK定位技术、多频多系统、部分模糊度固定算法、网络RTK定位技术和单频RTK算法的发展历程,总结了影响RTK定位精度和可靠性的关键因素,并讨论了卫星导航系统的进一步建设以及传感器技术的不断优化,给RTK技术带来的新发展机遇。