多GNSS观测数据质量与完好性评价方法研究

摘要

随着GPS、GLONASS、Galileo及BDS四大导航卫星系统的不断发展及完善，全球导航卫星系统进入多星座多频融合的新时代。观测数据是GNSS定位主要的信息之一，基于其正确解析，实施质量分析与完好性评价，是正确建立GNSS融合函数模型和随机模型的重要理论依据，是进一步提高GNSS定位精度、可靠性、可用性等性能的前提。本文围绕GPS/GLONASS/Galileo/BDS多系统高精度定位的现实需求，开展了GNSS观测数据完好性分析与质量评估方法的研究。主要研究内容如下:
　　(1)介绍了GNSS观测方程，并分析了方程中的误差项及其对定位精度的影响。详细介绍了GNSS定位基础，包括由载波、测距码及数据码组成的信号类型;介绍了GNSS伪距和载波非差、双差观测方程，分析了方程中的误差项，并按照误差源的不同类别加以说明，主要分析了对定位精度影响较大的误差项。
　　(2)设计并实现了主流GNSS观测数据的解码方法。系统地介绍了几种主流GNSS原始观测电文的格式与内容，通过分析电文的内容与校验方法，对比了不同电文的特点及应用场合;给出相关解析方法，设计并实现了兼容主流原始数据格式的解码功能，通过和商用软件解析结果对比表明，伪距差值不超过±0.001m，载波差值不超过±0.005周，验证了解析方法正确可靠。
　　(3)阐明了影响GNSS观测数据质量的因素及分析方法。基于卫星星座分布、接收机周围环境、信号强度大小、数据完整率及可用性四个方面，从DOP值、多路径效应、信噪比及数据完整率四项指标来分析GNSS数据质量的可用性与可靠性。通过分析可得，PDOP值、多路径效应及信噪比的大小均与卫星高度角有一定的关系，适当减小高度角阈值使可观测卫星增多，星座几何空间分布更优;在可观测卫星数目较充足的条件下，高高度角的卫星观测值受环境多路径效应影响较小，且信噪比较强，数据质量更好;此外，针对以上指标，选取三个测站的数据进行分析对比，从不同方面反映观测数据的优劣和测站的健康状况。
　　(4)提出了零基线GNSS测距信号评估和接收机噪声检测方法。接收机内部噪声是影响GNSS观测数据质量的重要因素，通过零基线双差法，消除与接收机内部噪声无关的误差项，对含有四台不同类型接收机的零基线数据进行了实验。首先选取了其中一组实验数据具体分析了码观测值残差与卫星高度角的关系，得出高度角越大，观测值残差越小的结论;分析了不同系统间的观测值残差，结果表明:Galileo系统双频载波观测值残差最小，测距信号精度受接收机噪声影响最小，BDS系统的IGSO卫星其次，GPS系统BLOCKⅡR卫星观测值残差最大，测距信号精度稍差。最后，通过分析四组零基线数据的三维坐标偏差，比较了不同基线下的四台不同类型的接收机内部噪声水平的大小，及其对测距信号精度的影响程度。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 GNSS发展现状

1．1．2 GNSS数据质量分析

1．1．3 GNSS接收机内部噪声水平检测

1．2 国内外研究现状

1．2．1 GNSS数据质量分析国内外研究现状

1．2．2 GNSS系统测距信号评估

1．3 本文的主要研究内容及安排

第二章 GNSS定位观测方程及其误差源

2．1 GNSS系统信号类型

2．1．1 载波

2．1．2 测距码

2．1．3 数据码

2．2 GNSS观测方程

2．2．1 GNSS非差观测方程

2．2．2 GNSS双差观测方程

2．3 误差来源及影响

2．3．1 与卫星有关的误差

2．3．2 与信号传播有关的误差

2．3．3 与接收机有关的误差

2．4 本章小结

第三章 多GNSS原始数据流格式与解析

3．1．1 RT27格式

3．1．2 OEM4原始二进制格式

3．1．3 RTCM差分电文格式

3．1．4 CMR差分电文格式

3．1．5 不同电文格式的比较

3．2 RINEX格式及应用

3．2．1 RINEX第二版

3．2．2 RINEX第三版

3．3 原始数据的解析及对比验证

3．3．1 OEM4格式

3．3．2 RTCM v3．1格式

3．3．3 RTCM v3．2格式

3．4 本章小结

第四章 多GNSS观测数据质量分析

4．1 数据分析的各种指标

4．1．1 DOP值分析

4．1．2 多路径效应分析

4．1．3 信噪比与信号强度

4．1．4 数据完整率

4．2 实验结果及分析

4．2．1 PDOP值的对比

4．2．2 MP值对比分析

4．2．3 数据完整率及信噪比的对比分析

4．3 本章小结

第五章 基于零基线的GNSS测距信号精度评估

5．1 GNSS双差零基线解算方法

5．2 实验与结果分析

5．2．1 观测值残差结果分析

5．2．2 坐标偏差结果分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 主要工作与结论

6．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文与取得的学术成果