GNSS多模融合PPP选星及钟差建模方法研究

GNSS多模融合PPP选星及钟差建模方法研究

论文摘要

精密单点定位是一种基于单台接收机的高精度绝对定位技术。传统的单系统精密单点定位由于受较少的可视卫星数、卫星星座空间构型较简单等因素的限制,导致收敛时间过长、在信号遮挡较严重的环境下无法完成高精度定位等情况的出现,严重制约了PPP应用领域的扩展。近年来,随着GLONASS、GALILEO、BDS等卫星导航系统的不断发展及完善,用户可获得更多的可视卫星和观测信息,从而使得多模融合PPP成为可能。然而多模融合并非简单的系统组合,仍存在许多问题亟需解决。本文主要针对多模融合PPP定位性能、选星算法、高性能接收机原子钟钟差建模进行了系统研究,旨在进一步改善PPP的定位精度和收敛速度。本文主要研究内容和结论如下:(1)讨论了各卫星系统时间系统及坐标系统的特点及统一方法,阐述了各误差源的特性及影响量级,并分析了各误差源的处理策略。(2)系统介绍了多模融合PPP的数学模型,确定了本文的数据处理策略,并通过实验对单系统(GPS)和多系统组合(GPS/GLONASS、GPS/GLONASS/GALILEO、GPS/GLONASS/GALILEO/BDS)的PPP定位性能进行了对比分析。实验结果表明,相较于单GPS系统PPP,GPS/GLONASS、GPS/GLONASS/GALILEO组合PPP的收敛速度及定位精度均显著提升,GPS/GLONASS/GALILEO/BDS组合PPP则进一步改善了收敛速度及定位精度。(3)针对多模融合PPP的选星问题,从星座空间构型出发,利用三维凸包构建了选星算法;同时引入衡量观测质量的信噪比指标,提出了顾及观测质量的三维凸包选星思路,并进行了算法实现。实验结果表明,经三维凸包选星后,卫星数大量减少且所选卫星能保持良好的空间构型,相较于最大体积法及二维凸包法选星,收敛速度及定位精度均有一定程度的提升;经顾及观测质量的三维凸包算法选星后,PPP收敛速度及定位精度进一步改善。(4)传统PPP将接收机钟差作为白噪声进行参数估计,忽略了接收机钟差与高程参数间的强相关性,导致高程精度降低,进而影响总的点位定位精度。针对这一问题,采用高性能的接收机原子钟,利用Kalman滤波构建了多模融合PPP接收机钟差建模算法,并与传统PPP算法进行了对比分析。实验结果表明,对接收机钟差进行精确建模后,BRUX测站高程方向收敛时间由数十分钟缩短至三分钟左右,收敛速度及定位精度大幅提升,进而改善了点位定位精度。(5)将选星算法与接收机钟差建模算法结合,进一步分析了融合算法在多模融合PPP中的应用效果。实验结果表明,相较于最大体积选星算法及二维凸包选星算法,顾及观测质量的三维凸包选星算法的PPP收敛速度及定位精度均得到了提升;对接收机钟差进行精确建模后,进一步改善了PPP收敛速度及定位精度。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 缩写词表
  • 第一章 绪论
  •   1.1 选题背景
  •   1.2 研究现状
  •     1.2.1 精密单点定位算法研究现状
  •     1.2.2 多模融合精密单点定位研究现状
  •   1.3 研究内容
  • 第二章 精密单点定位基本原理
  •   2.1 GNSS时间与坐标系统的统一
  •     2.1.1 时间系统的统一
  •     2.1.2 坐标系统的统一
  •   2.2 PPP观测方程及其线性组合
  •     2.2.1 PPP几何观测方程
  •     2.2.2 PPP观测值的线性组合
  •   2.3 PPP中涉及的误差源及其改正
  •     2.3.1 与卫星有关的误差源
  •     2.3.2 与信号传播有关的误差源
  •     2.3.3 与接收机有关的误差源
  •   2.4 本章小结
  • 第三章 多模融合PPP性能分析
  •   3.1 引言
  •   3.2 多模融合精密单点定位理论
  •     3.2.1 函数模型
  •     3.2.2 随机模型
  •     3.2.3 数据处理策略
  •   3.3 不同系统组合PPP性能分析
  •     3.3.1 静态PPP性能分析
  •     3.3.2 动态PPP性能分析
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 多模融合PPP选星算法
  •   4.1 引言
  •   4.2 多模融合GDOP模型
  •   4.3 常规选星算法
  •     4.3.1 最大体积选星算法
  •     4.3.2 基于仰角和方位角的快速选星方法
  •     4.3.3 基于卫星对GDOP值贡献的选星方法
  •     4.3.4 基于二维凸包的选星算法
  •   4.4 顾及观测质量的多模融合PPP三维凸包选星
  •     4.4.1 多模融合PPP三维凸包选星算法
  •     4.4.2 顾及观测质量的多模融合PPP三维凸包选星
  •   4.5 实验及结果分析
  •     4.5.1 选星效果分析
  •     4.5.2 定位性能分析
  •   4.6 本章小结
  • 第五章 多模融合PPP接收机原子钟钟差建模算法
  •   5.1 引言
  •   5.2 Kalman滤波理论
  •   5.3 接收机原子钟钟差建模
  •     5.3.1 原子钟函数模型
  •     5.3.2 过程噪声协方差矩阵的确定
  •   5.4 接收机钟差建模实验分析
  •     5.4.1 接收机钟差建模可行性分析
  •     5.4.2 静态PPP定位性能分析
  •     5.4.3 动态PPP定位性能分析
  •   5.5 融合算法实验分析
  •   5.6 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  •   6.1 本文的主要研究内容及总结
  •   6.2 未来工作展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 附录A
  •   1.1 在读期间发表的论文
  •   1.2 参与的科研项目
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 胡思华

    导师: 张显云

    关键词: 精密单点定位,多模融合,选星算法,原子钟,接收机钟差建模,定位性能

    来源: 贵州大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 自然地理学和测绘学

    单位: 贵州大学

    分类号: P228.4

    总页数: 73

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