单频BDS精密定位关键理论与模型研究

摘要

北斗卫星导航系统（BDS）是我国自主研发的卫星导航定位系统，已于2012年12月27日正式提供区域服务。目前BDS高精度应用多采用三频或双频接收机，其成本较昂贵，极大限制了BDS在桥梁等大型工程监测、精细农业、人员精确定位等相关领域的发展和应用，因此研究单频BDS接收机实现高精度导航定位，不仅有利于BDS相关学科理论与技术进步，而且对BDS的推广应用也有重要的实际意义。本文针对单频BDS高精度定位中的关键问题开展研究，包括周跳探测、单历元模糊度解算、多路径误差建模和单频定位可靠性分析等等。
　　本研究主要内容包括：⑴研究了常用的单频载波相位周跳探测方法，提出一种基于卡尔曼滤波的单频BDS周跳探测方法，并进行了实例验证，分析了周跳探测结果与BDS星座卫星的关系。⑵提出了一种基于最小二乘的级联单频单历元模糊度固定方法，该方法采用BDS单历元测码伪距和单频载波相位观测值组成的双差观测方程与基线长度约束方程进行最小二乘解算，获得模糊度浮点解方差-协方差阵，根据模糊度浮点解精度对双差模糊度进行(2,1,1,…,1)分级处理，基于Par Lambda算法分批次固定双差模糊度，有效提高了模糊度固定成功率和搜索效率。⑶研究了BDS三种不同卫星星座的运行周期，发现GEO卫星的轨道重复周期波动较大，同一卫星的最大波动幅度可达40秒，相比较而言MEO卫星表现的较为稳定，IGSO卫星的轨道重复周期最为稳定；GEO、IGSO卫星在任意相邻两天的运行轨迹均具有较好的重复性，而对MEO卫星来说，在相邻两天没有任何相关性，却与相隔7天的运行轨迹表现出了极强的相关性。⑷利用单差残差法提取出相邻两天、间隔7天中同一时段内可见卫星的单差残差，同一卫星的单差残差在相邻两天最大互相关系数出现位置与该卫星的轨道运行重复周期的时间提前量一致的，提取的多路径误差的周期性与卫星的轨道运行重复周期的时间提前量保持一致。⑸提出了以MDB为模型误差计算有偏估计成功率并对模糊度解算的正确性进行评价，分别以码观测和相位观测进行了仿真实验，表明亚太地区BDS固定成功率高于GPS系统，同时得出了存在码观测MDB和相位观测MDB等情形时的有偏估计成功率大小的规律。

目录

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景和意义（Research Background and Significance）

1.2 BDS简介及发展现状（Development Status of BDS）

1.3 BDS高精度定位国内外研究现状（Research Status in China and Abroad）

1.4需要进一步研究的内容（The content to further study）

1.5主要研究内容（Main Research Contents）

1.6论文的组织结构（Structure of the Dissertation）

2 BDS高精度定位的数学模型

2.1 BDS 定位的函数模型（ The functional models of BDS positioning）

2.2 BDS 定位的随机模型（ The stochastic models of BDS positioning）

2.3 BDS高精度定位的误差源（Error source of BDS high precision positioning）

2.4 BDS 定位数据处理方法（ Processing methods for BDS positioning）

2.5本章小结（Summary）

3单频BDS实时周跳探测方法

3.1引言(Introduction)

3.2北斗数据周跳探测 (Cycle Slip Detection of BDS Observation)

3.3本章小结（Summary）

4 BDS单频单历元模糊度解算方法

4.1 模糊度解算的数学模型（the mathematics model of ambiguity resolution）

4.2 模糊度单历元解算的一般方法(The Common Methods of Single-epoch Ambiguity Resolution)

4.3基于先验信息约束的LAMBDA法(LAMBDA Method Based on Prior Information Constraint)

4.4 基于最小二乘的级联模糊度固定法（ The Hierarchical Ambiguity Fixing Method Based on Least Squares）

4.5 基于卡尔曼滤波的级联模糊度固定方法（ The Hierarchical Ambiguity Fixing Method Based on Kalman filter）

4.6本章小结（Summary）

5 BDS多路径延迟误差分析

5.1 BDS卫星轨道周期重复性 (Orbit Repeatability of BDS Satellite)

5.2多路径建模 (Multipath Modeling)

5.3 实例与分析 (Examples and Analysis)

5.4本章小结（Summary）

6 BDS/GPS单频定位可靠性评价

6.1 GNSS定位的数学模型（Models of GNSS Positioning）

6.2可靠性定量评价（Quantitative reliability evaluation）

6.3 伪距和载波相位定位可靠性分析（ Reliability analysis of pseudorange and carrier phase positioning）

6.4 定位成功率及其有偏估计（Positioning success rate and its biased estimation）

6.5本章小结（Summary）

7结论与展望

7.1 结论(Conclusions)

7.2 创新点(Innovations)

7.2 展望(Future Research Work)

参考文献

作者简历

声明

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