高精度GNSS基线处理关键技术研究

摘要

随着GNSS技术的快速发展，在精密定位出现了一系列技术：静态相对定位，短距离的RTK，网络RTK，精密单点定位，实时广域差分等。静态相对定位精度高，对于几十公里或上百公里的基线不需要精密星历就可以获得满意的相对定位结果；RTK主要用于实时放样与测量，不适合高精度的控制测量；网络RTK精度较高，但受到通讯线路的影响，不适合山区和边远地区的作业；精密单点定位可以获得事后厘米级的精度，但精密星历的滞后和软件的匮乏导致这种方法不能在工程中广泛应用；实时广域差分可以实时获取亚分米级的绝对定位结果，但受到收费、设备、模糊度收敛等问题的影响，除了远洋和无人区的测量外，工程中没有更多的应用。对于远距离的控制测量，静态相对定位在工程应用中还是主流的精密定位模式。 在静态相对定位软件中，由于石油勘探控制测量的特殊性，没有一款比较适合工程应用的、高精度的GNSS处理软件。鉴于此，本文进行了以下几方面的研究，其中包括静态相对定位算法、高精度GNSS基线处理策略、软件的设计与实现等几个方面。 1.系统研究了精密单点定位方程，从程序实现的视角，重新推导了单差和双差方程，同时研究了BDS、GLONASS与GPS基线处理的不同之处，包括坐标系统、时间系统、卫星位置计算等，推导了频分多址双差方程。 2.系统研究了影响基线处理的各种误差，论文中探讨了各种误差对基线的影响。本论文对于在文献中可以查阅到的公式没有列出，只讨论了这些误差的大小及处理策略，重点阐述了周跳的处理方法，比较了各种方法的可用性。在削弱电离层方面，重点阐述了LC组合和IF组合，并对两种组合的组合噪声进行比较，推导了IF组合的固定解的公式。在提高基线处理精度方面，本文提出采用高度角定权和抗差估计的方法。本文独创的参考卫星选择的方法可在每个历元选择最高卫星高度角的卫星作为参考卫星，且不会增加双差模糊度的数量，提高基线解算的成功率。 3.在基线处理的软件实现过程中，采用了C++编写基线处理核心代码、C#编写软件界面的方法。本文选择了开源的C++矩阵处理类，可以高效、方便地处理各种大型矩阵。在使用计算机内存资源和提高效率方面，独创了稀疏矩阵存贮方法和同步数据快速搜索方法，采用SQLite事务的方式提高数据的写入速度，全面设计和架构了基线处理模块，设计了数据库结构、软件功能及界面。 4.本文挑选了一些具有代表性的实际项目数据，展示了软件处理零基线、短基线、中长基线和超长基线的能力，并比较了GPS基线和BDS基线的结果，超长基线的处理结果同GAMIT进行了比较，同时也与国外某著名工程应用基线处理软件进行了比较。

目录

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2高精度GNSS基线处理现状

1.2.1国内外GNSS基线处理理论研究现状

1.2.2国外基线处理软件现状

1.2.3国内基线处理软件现状

1.3石油勘探控制测量的特点

1.4本论文研究目的和内容

1.4.1研究目的和意义

1.4.2论文结构安排

第二章 GNSS基线处理原理

2.1概述

2.2双差处理数学模型

2.2.1载波单点定位方程

2.2.2双差数学模型

2.3 BDS基线处理

2.3.1 BDS坐标系统

2.3.2 GEO卫星位置计算

2.3.3 时间系统

2.4 GLONASS基线处理

2.4.1 GLONASS坐标系统

2.4.2 GLONASS卫星位置计算

2.4.3 GLONASS时间系统

2.4.4 频分多址的双差方程

第三章 高精度GNSS基线处理的关键技术

3.1 概述

3.2 周跳和粗差的探测及处理策略

3.3 整周模糊度的固定

3.4 误差改正

3.4.1 卫星相关误差改正

3.4.2 传播路径误差的削弱

3.4.3 其他相关改正

3.5 提高基线精度其他策略

3.5.1 高度角定权

3.5.2 参考卫星的选择

3.5.3 抗差估计

3.6 GNSS基线联合处理的方法

第四章 GNSS基线处理程序设计

4.1 概述

4.2 矩阵运算

4.2.1 Matrix TCL Pro的引用

4.2.2 子矩阵的操作

4.2.3 矩阵四则运算

4.2.4 矩阵求逆

4.3 稀疏矩阵存贮设计

4.4 数据库存贮设计

4.5 同步数据高效搜索

4.6 基线处理各模块设计

4.7 界面设计

第五章 GNSS基线处理结果分析

5.1 概述

5.2 零基线

5.3 短基线

5.4 中长基线

5.5 超长基线

5.6 与国外某知名工程类软件基线处理结果比较

第六章 总结及后续的工作

6.1 总结

6.2后续的工作

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢