高精度多模GNSS相對定位理論與方法研究

肖玉鋼

1. 長江空間信息技術工程有限公司(武漢)，湖北 武漢 430010； 2. 武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079

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高精度多模GNSS相對定位理論與方法研究

肖玉鋼1, 2

1. 長江空間信息技術工程有限公司(武漢)，湖北 武漢 430010； 2. 武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079

隨著目前BDS、Galileo等系統(tǒng)建設的穩(wěn)步推進，多模GNSS數(shù)據(jù)處理方法及應用的研究逐漸成為衛(wèi)星導航領域的研究熱點。已有結(jié)果表明，綜合多個GNSS系統(tǒng)的信號并在觀測值層面統(tǒng)一處理能有效提高GNSS定位的可靠性和穩(wěn)定性，尤其在山區(qū)、城市峽谷等信號遮擋嚴重的地區(qū)。但目前的多模算法或者時效性不足且在短基線情況下相對精度較低，或者不能充分有效利用原始觀測值。為此，本文提出了多模GNSS單差數(shù)據(jù)處理模型及相應的模糊度固定方法和數(shù)據(jù)預處理策略，有效避免了現(xiàn)有多模算法的不足，并基于實測數(shù)據(jù)對算法的有效性和精度進行了驗證和評估。本文的主要工作與貢獻如下：

(1) 提出了基于站間單差觀測值進行多模GNSS數(shù)據(jù)融合處理的新方法。該方法理論上與在系統(tǒng)間構建雙差觀測值，同時固定系統(tǒng)間雙差模糊度的方法等價，優(yōu)于僅在系統(tǒng)內(nèi)構建雙差觀測值的方法。該方法將觀測方程建立在站間單差觀測值上，同時顧及ISB、IFB、DCB等的影響。由于單差UPD以及參考偽距硬件延遲的影響，單差模糊度不具整周特性，為此進一步提出針對各GNSS系統(tǒng)的單差模糊度整周特性恢復方法?；€解算結(jié)果表明，單差方法所得基線重復性在N、E、U方向分別可達2.1、1.7、5.0 mm(四系統(tǒng))，與混合雙差方法相當，優(yōu)于基于法方程疊加的多模雙差方法。

(2) 提出了分系統(tǒng)進行模糊度搜索，同時迭代剔除質(zhì)量較差模糊度參數(shù)的模糊度固定策略，克服了多模GNSS數(shù)據(jù)處理中模糊度維數(shù)較高、固定成功率較低的問題。以上述策略為基礎制定了一套完整的多模GNSS高維模糊度固定流程。

(3) 給出了一套完整的、適用于多模GNSS單差算法的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制策略，將目前傳統(tǒng)的單系統(tǒng)、雙頻數(shù)據(jù)預處理方法擴展為多系統(tǒng)、多頻模式，能夠準確探測原始觀測值中的小周跳與壞值，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理提供“干凈”、可靠的數(shù)據(jù)源。

(4) 分析并總結(jié)了四大GNSS系統(tǒng)ISB、IFB、DCB等參數(shù)的特征。結(jié)果表明，這些參數(shù)均表現(xiàn)出較高穩(wěn)定性；GLONASS衛(wèi)星偽距IFB估值與頻率呈線性相關，且在不同頻率截距和斜率不同。同時本文根據(jù)各GNSS系統(tǒng)單差觀測值的殘差序列分析了四大GNSS系統(tǒng)的測距精度。結(jié)果表明，不同GNSS系統(tǒng)觀測值具有不同的測距精度；相位觀測值精度普遍為1～2 cm；偽距精度約為0.5 m。根據(jù)分析結(jié)果提出了針對當前數(shù)據(jù)處理策略隨機模型的改進方案，同時提出可預先對各GNSS系統(tǒng)DCB、ISB、IFB等參數(shù)進行標定并作為產(chǎn)品為用戶提供，以提高定位結(jié)果的可靠性。

(5) 構建了基于單/雙差模型的多模GNSS數(shù)據(jù)處理軟件平臺，具備GPS+GLONASS+BDS+Galileo四系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力。基于MGEX觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)的分析表明，采用多系統(tǒng)觀測值解算能夠顯著提高結(jié)果的質(zhì)量。尤其在觀測時段較短、觀測環(huán)境較差時，多模GNSS的優(yōu)勢更加明顯?；谀M變形監(jiān)測平臺的實驗分析表明，在采用GPS、BDS雙系統(tǒng)觀測值時，利用本文所構建的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可達到水平1 mm、高程2 mm左右的監(jiān)測精度。

XIAO Yugang(1984—)，male，

his doctoral degree from Wuhan University on June 2016，majors in satellite geodesy.

Research on the Theory and Methods of Multi-GNSS Relative Positioning with High Precision

XIAO Yugang1,2

1. Changjiang Spatial Information Technology Engineering Co., Ltd., Wuhan 430010, China; 2. School of Geodesy and Geomatics, Wuhan University, Wuhan 430079, China

肖玉鋼.高精度多模GNSS相對定位理論與方法研究[J].測繪學報，2017,46(5)：670.

10.11947/j.AGCS.2017.20170068. XIAO Yugang.Research on the Theory and Methods of Multi-GNSS Relative Positioning with High Precision[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(5):670. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20170068.

2017-02-14

肖玉鋼(1984—)，男，2016年6月畢業(yè)于武漢大學，獲工學博士學位(指導教師：姜衛(wèi)平教授)，研究方向為衛(wèi)星大地測量。

P228

D

1001-1595(2017)05-0670-01

國家自然科學基金(41374033)；國家杰出青年科學基金(41525014)

E-mail： ygxiao@whu.edu.cn