BDS/GPS精密单点定位的处理技术研究

摘要

随着近些年来精密单点定位技术(Precise Point Positioning，PPP)应用前景的延展，有关PPP算法实现中的数据处理方法以及多个导航系统联合方式下的PPP成为当前精密定位领域的研究热点。为使PPP算法获得更短的收敛时间以及更高的定位精度，多个导航系统的集成，例如BDS(BeiDou Navigation Satellite System，北斗卫星导航系统)和GPS(Global Positioning System)以及更优的定位方法是两种可行选择。针对传统最小二乘(Least Squares，LS)方法解算过程存在孤立各历元观测量之间的关系，以及扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter，EKF)方法解算过程存在先验信息不准导致滤波性能不佳的问题，提出在PPP算法中，通过运用自适应扩展卡尔曼滤波(Adaptive extended Kalman Filter，AKF)对过程噪声进行实时估计及调整，以达到对系统状态的最优估计。
　　本研究主要内容包括：⑴研究了PPP的浮点解方法及模糊度固定方法。着重通过比较分析对传统无电离层(Ionosphere-Free，IF)模型进行了深入研究，IF模型可以消除电离层一阶项的误差影响，由于这部分的误差影响可以达到电离层总影响的99.9％，因此IF模型对于减弱电离层影响的效果最为明显。⑵PPP区别于差分定位和单点定位的地方在于PPP需要修正处理的误差源更多，对于各项误差影响修正的程度高低将直接决定用户定位的精度水平及指标要求。对PPP涉及的各项误差进行分类，然后对各项误差的特性及产生原因进行了分析，最后详细研究了各个误差的修正处理方法。对于不同类型的误差分别采取模型修正或者参数估计的方法进行处理，以求其对定位结果的影响因子达到最小值，从而提高PPP导航定位的性能。⑶PPP中数据预处理方法关乎用户位置的解算精度及可靠性，还将直接影响滤波的收敛速度，而周跳探测与修复又是其中一个较为关键的问题。文章研究了PPP非差模型的周跳探测与修复问题，在单一方法存在探测盲点的情况下，提出了联合使用电离层残差法和M-W法组合进行周跳探测，通过观测值的相关组合对两个频段上的周跳进行探测并分离出来，然后完成周跳的修复，最后通过实验数据进行测试分析，实验结果表明了组合方法的有效性、适用性及可行性，该组合方法充分结合两种单一方法的优点，提高了周跳探测与修复的效率。⑷研究组合系统的处理方法，分析了BDS/GPS组合PPP与BDS单系统、GPS单系统PPP的区别，给出了组合系统PPP的解算模型，并运用AKF对状态参数进行估计，实现了MATLAB的算法测试与实现。最后通过相关实际采集的实验数据对算法进行测试验证，实验结果表明：与传统的EKF算法相比，基于AKF算法的PPP收敛时间可提高9分钟，定位精度可提高33.7%。组合系统较单一系统在定位精度与收敛速度上都有显著提高，而且组合系统具有更多的可用卫星，能够保证系统的可靠性、可用性和连续性。随着全球卫星导航系统的加速发展及现代化进程，多系统联合进行定位是一种趋势，并且是一种有效的提高定位性能的手段，为GNSS精密单点定位提供了一定的参考。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 本文主要研究内容及章节安排

第2章 PPP解算方法

2.1 模糊度浮点解方法

2.2 模糊度固定解方法

2.3 浮点解固定解比较

2.4 本章小结

第3章 PPP误差修正方法

3.1 介绍

3.2 卫星相关的误差

3.3 信号传播相关的误差

3.4 接收机相关的误差

3.5 其他误差

3.6 本章小结

第4章 PPP非差模型周跳探测与修复

4.1 周跳成因及其影响

4.2 直观观测

4.3 周跳探测方法

4.4 本章小结

第5章 BDS/GPS组合PPP算法实现

5.1 PPP参数估计方法

5.2 BDS/GPS组合PPP处理方法

5.3 基于AKF的过程噪声估计

5.4 PPP实验数据处理与分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢