三頻GNSS精密定位理論與方法研究

黃令勇

1．中國(guó)天繪衛(wèi)星中心，北京102102；2．地理信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710054

我國(guó)北斗系統(tǒng)的成功運(yùn)行使三頻GNSS定位技術(shù)得以真正使用。研究和拓展三頻GNSS定位技術(shù)有利于進(jìn)一步提高GNSS定位精度和效率。隨著北斗系統(tǒng)的運(yùn)行，可用導(dǎo)航衛(wèi)星資源進(jìn)一步增多，研究多GNSS組合定位算法，有利于進(jìn)一步擴(kuò)大GNSS應(yīng)用范圍?；谝陨戏治?，本文主要針對(duì)三頻GNSS精密定位理論與算法進(jìn)行了深入研究，論文的主要成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下：

（1）利用滑動(dòng)多項(xiàng)式擬合改進(jìn)了基于三頻偽距／載波無幾何組合的偽距觀測(cè)精度估計(jì)算法，實(shí)現(xiàn)了單站單星偽距觀測(cè)精度的實(shí)時(shí)估計(jì)；通過對(duì)偽距／載波無幾何組合站間差分和歷元差分，分析了基線兩端接收機(jī)觀測(cè)值的相關(guān)性和前后歷元觀測(cè)的時(shí)間相關(guān)性。基于3個(gè)線性無關(guān)的三頻偽距／載波無幾何無電離層組合，提出了可實(shí)現(xiàn)顧及觀測(cè)值交叉相關(guān)性的偽距隨機(jī)模型實(shí)時(shí)建模方法；而在假定載波相位觀測(cè)獨(dú)立等精度條件下，基于三頻載波無幾何無電離層組合同樣實(shí)現(xiàn)了載波觀測(cè)精度的實(shí)時(shí)估計(jì)。

（2）推導(dǎo)分析了基于三頻組合觀測(cè)提取偽距多路徑的統(tǒng)一公式，對(duì)比分析了不同偽距／載波觀測(cè)組合提取偽距多路徑的效果，并得出了有益結(jié)論。提出了基于頻間載波多路徑組合削弱載波寬巷、超寬巷組合多路徑的方法，可有效避免因?qū)捪铩⒊瑢捪镉^測(cè)值線性組合引起的載波多路徑疊加，有利于提高基于寬巷、超寬巷載波觀測(cè)組合定位的解算精度。

（3）針對(duì)三頻TurboEdit周跳修復(fù)不準(zhǔn)確的問題，借鑒模糊度搜索理論提出了基于自適應(yīng)搜索的周跳修復(fù)算法，該算法無須考慮歷元間電離層延遲變化，可自動(dòng)調(diào)整周跳搜索范圍；通過與周跳直接修復(fù)法和空間搜索法的比較發(fā)現(xiàn)，自適應(yīng)搜索周跳修復(fù)算法受觀測(cè)噪聲等誤差影響小，周跳修復(fù)準(zhǔn)確性高?；谌l偽距／載波無幾何無電離層和兩次歷元差分后的三頻相位無幾何兩種組合，提出了削弱電離層延遲影響的三頻TurboEdit算法和基于GIF組合的電離層周跳處理方法，試驗(yàn)結(jié)果表明以上兩種方法均能實(shí)現(xiàn)2周內(nèi)所有小周跳的探測(cè)與修復(fù)。

（4）基于HE－LLL規(guī)約提出了改進(jìn)的BKZ格基規(guī)約算法，大幅提高了BKZ格基規(guī)約效率，從而有利于提高模糊度固定效率。基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證分析了TCAR模糊度固定效果，并針對(duì)TCAR算法的不足，提出了基于KBootstrap搜索的TCAR改進(jìn)算法。

（5）分析了影響中長(zhǎng)基線模糊度固定的主要因素；采用理論推導(dǎo)證明了任意一個(gè)由兩個(gè)超寬巷組合和一個(gè)窄巷組合構(gòu)造的三頻載波無幾何無電離層組合中窄巷組合模糊度誤差值均相等。基于三頻偽距／載波無幾何無電離層組合和三頻載波無幾何無電離層組合，提出了基于GIF組合的中長(zhǎng)基線三頻模糊度快速解算方法，該方法能夠有效削弱中長(zhǎng)基線電離層延遲誤差對(duì)模糊度固定的影響，提高了模糊度固定的準(zhǔn)確性。

（6）在研究分析了多GNSS組合導(dǎo)航定位觀測(cè)模型和Kalman濾波實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參數(shù)解算方法的基礎(chǔ)上，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)衛(wèi)星遮擋條件下多GNSS動(dòng)態(tài)RTK和多GNSS組合精密單點(diǎn)定位性能進(jìn)行了系統(tǒng)分析，得出了以下結(jié)論：多GNSS組合可增加衛(wèi)星可觀測(cè)數(shù)目，提高導(dǎo)航定位精度；3系統(tǒng)精密單點(diǎn)定位技術(shù)的定位精度和收斂速度均最優(yōu)，GPS／GLONASS雙系統(tǒng)次之，單系統(tǒng)中GPS性能最優(yōu)，北斗系統(tǒng)最差。