GNSS多模多頻大規(guī)模實(shí)時(shí)高精度定位關(guān)鍵技術(shù)研究

徐龍威

航天工程大學(xué)航天信息學(xué)院，北京 101416

多模GNSS發(fā)展及其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展使衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)迎來巨大發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，也帶來了一些亟須解決的問題。各GNSS系統(tǒng)由不同的國家或地區(qū)設(shè)計(jì)、建設(shè)和維護(hù)，其時(shí)空基準(zhǔn)、信號(hào)頻率和編碼調(diào)制方式都存在差異，多模GNSS組合解算必須顧及系統(tǒng)間和系統(tǒng)內(nèi)的多種偏差；受大氣延遲等誤差的影響，中長基線模糊度快速固定困難；大范圍參考站網(wǎng)絡(luò)，大氣延遲建模精度低，流動(dòng)站定位精度差且經(jīng)常出現(xiàn)無法獲取固定解的現(xiàn)象；另外，受限于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)RTK系統(tǒng)的服務(wù)機(jī)制，實(shí)時(shí)在線用戶數(shù)量過大易導(dǎo)致服務(wù)中斷甚至系統(tǒng)崩潰等問題。

針對(duì)上述問題，論文分別對(duì)GLONASS頻間偏差、多模GNSS中長距離參考站模糊度固定和適用于大范圍大數(shù)量用戶在線的網(wǎng)絡(luò)RTK高精度服務(wù)模式3個(gè)方面開展了研究工作，內(nèi)容如下。

(1) 提出了一種GLONASS站間IFCB估計(jì)方法?；?016年全年觀測(cè)數(shù)據(jù)，證明了IFCB具有長期穩(wěn)定的特性；異質(zhì)基線站間IFCB的量級(jí)可達(dá)數(shù)米，同質(zhì)基線也存在一定量級(jí)的IFCB。利用本文提出的算法，零基線站間IFCB單天解穩(wěn)定性優(yōu)于6 cm。受多路徑效應(yīng)的影響，非零基線的站間IFCB穩(wěn)定性略差，單天解穩(wěn)定性小于10 cm，而軌道周期單天解穩(wěn)定性約5～6 cm。

(2) 實(shí)現(xiàn)了不受接收機(jī)類型限制的GLONASS中長基線實(shí)時(shí)寬巷模糊度固定。IFCB導(dǎo)致HMW組合無法用于GLONASS寬巷模糊度固定。利用基于歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算的站間IFCB改正HMW組合觀測(cè)值，可以恢復(fù)其在寬巷模糊度固定中的整數(shù)特性。試驗(yàn)表明，改正后的HMW組合能夠用于GLONASS寬巷模糊度固定，固定率比GPS稍差，正確率在98%以上。

(3) 提出了一種多模多頻GNSS中長距離參考站實(shí)時(shí)模糊度分步固定方法，解決大規(guī)?；鶞?zhǔn)站網(wǎng)解模型計(jì)算壓力大的問題。首先,采用大氣延遲加權(quán)增強(qiáng)的單基線非組合模型優(yōu)先固定寬巷模糊度。寬巷模糊度固定后，構(gòu)建電離層延遲參數(shù)化的網(wǎng)解模型，充分利用整網(wǎng)觀測(cè)量，進(jìn)行窄巷模糊度解算。試驗(yàn)表明，80%的測(cè)試能夠在10個(gè)歷元內(nèi)完成初始化，99%的測(cè)試能夠在40個(gè)歷元內(nèi)完成初始化。三頻觀測(cè)值可以明顯加快寬巷和窄巷模糊度固定。

(4) 使用基于網(wǎng)解的反向RTK模型為距離參考站過遠(yuǎn)的流動(dòng)站用戶提供高精度位置服務(wù)。將流動(dòng)站數(shù)據(jù)回傳到數(shù)據(jù)中心，在服務(wù)端整網(wǎng)解算，避免常規(guī)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的大氣延遲內(nèi)插誤差，且定位解算可用信息更加豐富。試驗(yàn)表明，基于網(wǎng)解的反向RTK的定位精度和固定率都明顯優(yōu)于VRS，其單GNSS解算也能實(shí)現(xiàn)4～5個(gè)歷元內(nèi)流動(dòng)站固定率達(dá)到95%以上。利用三頻數(shù)據(jù)，網(wǎng)解反向RTK算法優(yōu)勢(shì)更明顯。

(5) 將用戶回傳數(shù)據(jù)進(jìn)行反向RTK解算后，作為“流動(dòng)參考站”參與整個(gè)參考站網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域誤差建模，實(shí)現(xiàn)參考站網(wǎng)加密，提高大氣延遲內(nèi)插的精度和可靠性。試驗(yàn)中，流動(dòng)參考站雖未明顯提升大氣延遲建模精度，但播發(fā)給用戶的增強(qiáng)信息中可用衛(wèi)星數(shù)明顯增多，定位可靠性提高。

(6) 提出虛擬參考站格網(wǎng)的服務(wù)模式。VRS模式的實(shí)時(shí)在線用戶數(shù)過多時(shí)，數(shù)據(jù)中心計(jì)算壓力大。在參考站網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)劃分虛擬格網(wǎng)，每個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)作為一個(gè)虛擬參考站，數(shù)據(jù)中心只需生成格網(wǎng)點(diǎn)處的虛擬觀測(cè)值。然后基于用戶概略坐標(biāo)，向用戶播發(fā)相應(yīng)格網(wǎng)點(diǎn)的虛擬觀測(cè)值。在同一臺(tái)設(shè)備上分別對(duì)兩種服務(wù)模式進(jìn)行壓力測(cè)試試驗(yàn)表明，VRS平臺(tái)在接入5000個(gè)用戶時(shí)，軟件CPU占用率已經(jīng)高達(dá)78%；而虛擬參考站格網(wǎng)技術(shù)在接入8000個(gè)用戶時(shí)，軟件CPU占用率僅48%。