嵌入式多频GNSS单历元动态RTK定位技术

摘要

卫星导航已经步入到多系统共存的新时期，多系统多频观测信息为提升定位的精度、实时性和可靠性等性能提供了更多的可用数据。现阶段，由于智能交通、精准农业、快递物流、智慧城市、互联网位置服务及共享经济的蓬勃发展，卫星导航定位技术得到更加广泛地规模化应用。面对众多传统和新兴领域的应用市场，卫星导航定位不仅需要保持其高精度高可靠的特性，还需要满足实时动态连续定位的应用需求。基于上述需求，本文围绕嵌入式多频GNSS单历元动态RTK定位技术中的关键技术展开了研究。论文的主要研究工作和贡献如下： （1）确定了BDS/GPS组合的网络RTK宽巷定位模型。首先，基于CORS系统的组成和服务，分析了VRS模式下网络RTK定位方式的优势所在；然后，分析了BDS和GPS各自的时空基准相近的特点，确定了BDS/GPS组合模型；最后，分析了GNSS定位中常用的双频和多频组合观测值的特性，为实时BDS/GPS组合超宽巷/宽巷模糊度解算提供了理论基础。 （2）研制了基于GNSS板卡+ARM+Linux一体式的嵌入式硬件平台。首先，分析了ARM和Linux在嵌入式开发中的优势，并综合考虑开发需求选用了micro2440核心板作为嵌入式平台的系统板，同时集成了GNSS板卡、电源模块、串口模块、存储模块、以太网模块等；然后，阐述了交叉开发模式和嵌入式Linux系统移植，为后续的应用软件开发提供软硬件基础；最后，设计了基于CORS的车载INS/GNSS融合的动态验证平台，并采用“准零基线”的方式实现了对RTK终端的实时检测，验证了车载平台的可靠性与稳定性。 （3）开发了嵌入式多频GNSS单历元动态RTK定位软件。首先，基于多任务并发的多线程开发方式设计了软件的整体框架并分析各个线程的功能；然后，详细论述了本地串口和网络差分GNSS数据的实时获取与解码流程；最后，研究了基于BDS/GPS组合的RTK定位模型，并详细阐述了超宽巷/宽巷模糊度实时解算方法，实现了多频GNSS单历元RTK定位算法。 （4）开展了真实环境下的动态测试并对定位结果进行了统计分析。首先，分析了GNSS板卡的动态观测卫星的连续性、空间几何结构、信噪比以及多路径效应，验证了动态数据质量的良好性。然后，采用双频RTK零基线定位的方法评估了GNSS板卡测距信号精度并验证了双系统较单系统的定位优势；最后，基于车载INS/GNSS融合的动态验证平台开展了真实环境下的零基线动态测试，并通过对比车载验证平台参考系统的事后解算结果和嵌入式流动站的实时定位结果，验证了嵌入式多频GNSS宽巷单历元动态RTK无初始化厘米级定位的可靠性与稳定性。

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