GNSS网络RTK定位原理及算法研究

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随着全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的差分定位技术快速发展,目前GNSS常规实时动态定位(Real Time Kinematic,RTK)技术无论在作用范围还是定位解算的质量控制及保障方面都存在着不足,而以连续运行参考站(Continuously Operating Reference System, CORS)系统为基础的网络RTK技术则应运而生并成为新世纪的研究热点,因此开展GNSS网络RTK定位原理及算法研究具有很大现实意义,本文主要的研究内容和工作创新点如下:
  (1)详细对GNSS网络RTK定位数学模型进行了分析和设计,其中包括对各GNSS系统进行了时空统一转换计算,对网络RTK双差定位模型下无法消除的大气延迟误差进行了分析改正。
  (2)针对由于存在大气因素的干扰,同时当新卫星升至截止高度以上时,需要较长的初始化收敛时间等问题,提出了一种GNSS网络RTK基准站间模糊度快速解算改进方法,该方法首先根据先验信息,采用电离层加权策略设计出高斯-马尔科夫伪观测模型,从而辅助基线模糊度的快速解算,数据实验结果证明,与未使用电离层加权值模型解算相比,加权后不管是解算开始后的初始化时间还是新卫星上升时的收敛时间都得到缩减;然后在加权基础上采用扩展卡尔曼滤波(EKF)技术估计出模糊度实数值,再利用改进的部分模糊度(Partial Ambiguity Resolution,PAR)解算方案,优选模糊度固定子集,最后结合LAMBDA和RATIO检测方法对模糊度参数进行固定解算,数据实验证明,该解算方法不但缩短了GNSS网络RTK中长基线模糊度解算的初始化收敛时间,还克服了卫星升降时模糊度固定成功率问题。同时相比FAR和常规PAR方法提高了GNSS网络RTK基准站模糊度解算效率和成功率,还使基线精度达到厘米级。
  (3)针对未来各GNSS系统兼容与互操作,多频多模高维模糊度在常规方法下解算效率低的问题,基于格理论,对GNSS模糊度解算算法进行改进,并提出了最近格点搜索(Closest Lattice Point,CLP)算法对模糊度整形值进行搜索。该方法首先将模糊度搜索转化为对格中已知格点的最近格点搜索问题,再根据格基规约改进得出具有最小可能长度且相互正交的格基向量,最后采用CLP算法搜索出最优的模糊度参数值。通过模拟实验和实测数据实验验证得出,提出的CLP搜索算法理论上相比经典的LAMBDA/MLAMBDA算法对最优值模糊度参数解算效率更高,更可靠,且每一个参数搜索时间稳定在0.01秒,即使在高维情况下,CLP算法的搜索效率依然稳定可靠。基于格理论的模糊度解算方法的提出打破常规解算思想,给未来多频多模系统的高精度解算带来了新的机遇。
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