GNSS地基增強(qiáng)系統(tǒng)非差數(shù)據(jù)處理方法及應(yīng)用.pdf

1、高精度衛(wèi)星定位是精密測(cè)繪、位置服務(wù)和未來智能導(dǎo)航等應(yīng)用不可替代的核心技術(shù)之一，是支撐國(guó)家戰(zhàn)略需求發(fā)展的重要組成部分。長(zhǎng)期以來，以RTK(Real-time Kinematic)和PPP(Precise Point Positioning)技術(shù)為代表的GNSS載波定位技術(shù)可提供厘米級(jí)的位置信息，有效推進(jìn)了衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在高精度位置服務(wù)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。然而，隨著我國(guó)北斗系統(tǒng)的運(yùn)行，Galileo、IRNSS等建設(shè)推進(jìn)和GPS、GLONASS

2、提升完善，衛(wèi)星導(dǎo)航已進(jìn)入多星座系統(tǒng)并存的嶄新時(shí)代，強(qiáng)調(diào)定位過程的連續(xù)性、實(shí)時(shí)性和可靠性已成為高精度GNSS定位技術(shù)的創(chuàng)新和變革的迫切需求，發(fā)展融合RTK和PPP優(yōu)勢(shì)，兼容全星座全頻段的GNSS數(shù)據(jù)處理方法已成為衛(wèi)星導(dǎo)航研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。針對(duì)上述需求及問題，本文基于全星座全頻段地基增強(qiáng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，致力于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)RTK、PPP增強(qiáng)的統(tǒng)一地基增強(qiáng)系統(tǒng)GNSS數(shù)據(jù)處理方法，實(shí)現(xiàn)了從“星間站間差分組合”到“觀測(cè)值域深度融合、全網(wǎng)狀態(tài)空間誤差估計(jì)”

3、的技術(shù)轉(zhuǎn)變創(chuàng)新，主要工作和貢獻(xiàn)包括:
　　1.發(fā)展了非差與差分等價(jià)處理理論與GNSS多頻數(shù)據(jù)處理方法
　　從GNSS原始觀測(cè)值出發(fā)，定義了影響非差模糊度固定的各項(xiàng)時(shí)延偏差，建立了GNSS數(shù)據(jù)處理中的非差、差分及多頻的統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型表達(dá)，針對(duì)非差觀測(cè)模型的秩虧問題，論證了引入基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)待估參數(shù)去相關(guān)方法，并基于新的差分算子設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了非差和差分觀測(cè)方程的等價(jià)變換。
　　2.建立了接收機(jī)間時(shí)延偏差估計(jì)和多路徑誤差消除模型

4、　　顧及模糊度的時(shí)不變特性，引入初始?xì)v元參考衛(wèi)星模糊度基準(zhǔn)，建立了站間單差濾波模型，基于零基線數(shù)據(jù)分析了不同接收機(jī)間、不同頻率間、不同星座間的各項(xiàng)時(shí)延偏差的時(shí)域變化特性，為時(shí)延偏差的全網(wǎng)估計(jì)提供參數(shù)隨機(jī)模型驗(yàn)證;基于殘差結(jié)果采用小波降噪及傅里葉變換分析提取了多路徑延遲值，驗(yàn)證了多路徑延遲的時(shí)間、空間重復(fù)特性，并建立了多路徑空間誤差改正圖實(shí)現(xiàn)了多徑誤差消除補(bǔ)償，結(jié)果表明使用多路徑模型可明顯減弱多路徑延遲對(duì)模糊度浮點(diǎn)偏差的影響，定位精度提升

5、30％-45％。
　　3.提出了基于非差非組合的單站大氣誤差提取和長(zhǎng)基線模糊度解算方法
　　提出了一種基于單站的實(shí)時(shí)非差大氣估計(jì)算法，采用非差非組合模型，針對(duì)電離層延遲值建立單站電離層參數(shù)化模型，分離接收機(jī)端及衛(wèi)星端硬件延遲偏差影響，并利用單、雙頻PPP用戶驗(yàn)證了提取的非差大氣誤差精度。結(jié)果表明，分離的衛(wèi)星硬件延遲產(chǎn)品精度大部分優(yōu)于0.2ns，對(duì)于單頻靜態(tài)用戶，30-40分鐘平面定位精度可達(dá)到10cm以內(nèi);雙頻靜態(tài)用戶可以穩(wěn)

6、定保障10分鐘內(nèi)平面精度優(yōu)于10厘米。同時(shí)，利用單站非差實(shí)數(shù)模糊度，通過加入IGS實(shí)時(shí)衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品作為偽觀測(cè)值，并增加衛(wèi)星鐘的隨機(jī)游走和模糊度的時(shí)不變約束，驗(yàn)證了采用非差處理方法可達(dá)到同等甚至更優(yōu)的雙差模糊度固定效果，利用8條平均長(zhǎng)度為150km的基線的基礎(chǔ)模糊度固定進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，非差方法L1模糊度固定成功率為98.40％，且具有更為集中的浮點(diǎn)解偏差收斂效果。
　　4.提出了全星座PPP-RTK整網(wǎng)數(shù)據(jù)處理新方法
　　針對(duì)全星座

7、全頻段數(shù)據(jù)，在服務(wù)端，提出了附加ISB參數(shù)的全星座全網(wǎng)估計(jì)模型，建立了基于衛(wèi)星鐘差、星端載波偏差及非差電離層延遲的全網(wǎng)狀態(tài)空間誤差估值模型，解決了全網(wǎng)待估參數(shù)秩虧問題，恢復(fù)了非差模糊度的整數(shù)特性，完善了地基增強(qiáng)系統(tǒng)的服務(wù)體系。在用戶端，提出了基于區(qū)域增強(qiáng)信息的用戶端非差固定解濾波解算模型，通過弱化用戶與區(qū)域基準(zhǔn)站網(wǎng)的幾何分布關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了廣域非差增強(qiáng)定位新模式，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了各類偏差參數(shù)的時(shí)域變化特點(diǎn)，并基于不同精度的增強(qiáng)信息產(chǎn)品，分析了其對(duì)

8、定位結(jié)果和模糊度精度的影響。
　　5.整合上述算法研發(fā)了地基增強(qiáng)系統(tǒng)軟件
　　利用上述算法研究?jī)?nèi)容，開發(fā)了GNSS網(wǎng)絡(luò)服務(wù)地基增強(qiáng)系統(tǒng)軟件EarthNet V3.0，引入高級(jí)消息隊(duì)列協(xié)議(AMQP)總線技術(shù)，采用多核心業(yè)務(wù)層實(shí)現(xiàn)軟件的分布式處理，實(shí)現(xiàn)了基于PPP/RTK/RTD的各類增強(qiáng)信息統(tǒng)一播發(fā)。利用南京區(qū)域北斗三頻測(cè)試站點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過對(duì)網(wǎng)內(nèi)22km站點(diǎn)和網(wǎng)外99.8km的流動(dòng)站解算驗(yàn)證了區(qū)域網(wǎng)網(wǎng)解產(chǎn)品的可靠性。單天統(tǒng)計(jì)結(jié)