综合电离层残差和超宽巷探测和修复北斗周跳

周跳的探测与修复对于GNSS高精度定位来说至关重要。随着精密单点定位应用日益广泛,高效、可靠的非差数据周跳探测与修复方法必不可少。为了提高非差数据周跳探测的可靠性,根据北斗多频载波相位观测值的组合特性提出了一种新的非差数据周跳探测方法。该方法联合电离层残差法与Moulborne-Wuebbena超宽巷模糊度观测值(M-W)联合建立方程组,解算每个频率观测值的周跳,从而实现周跳的探测和修复。实验数据处理结果表明,这种组合方法可以探测不同的周跳,包括50周大小的大周跳、1大小周的小周跳、同时产生的两个频率的周跳以及连续周跳,并能够准确进行修复。本方法适用于静态定位与动态定位,为快速准确地探测与修复非差数据的周跳提供了新的思路。     

INS辅助周跳修复以实现精密单点定位瞬时重新收敛

GNSS接收机信号极易受外界环境遮挡而完全中断,使得接收机所输出的相位观测值产生周跳,这将引起精密单点定位(PPP)模糊度参数的重新初始化,并需要十几分钟甚至更长时间的重新收敛,限制了PPP的推广应用。针对以上问题,以星间单差PPP/INS紧组合为研究基础,借助INS短期导航精度高的优势,提出一种INS辅助的周跳修复新方法。该新方法使用星间单差相位新息与星间单差电离层残差作为周跳修复量;为提高周跳修复可靠性,新方法对周跳修复量进行了质量控制并设置了多重修复准则。两组车载组合导航实验表明:与不修复相比,周跳修复后可实现PPP瞬时重新收敛,定位精度提升至20 cm以内;但需注意,周跳修复成功率会随着GNSS信号中断时间的延长而降低。     

一种估计接收机伪距硬件延迟的多频非组合PPP模型

在传统多频非组合精密单点定位（PPP）模型中,由于伪距和相位观测方程包含相同的接收机钟差参数,使得电离层延迟、模糊度参数吸收了部分接收机端伪距硬件延迟（PHD）。为此提出一种直接估计接收机端PHD的多频非组合PPP模型,实现了电离层延迟、模糊度参数与接收机PHD的有效分离,使得模糊度参数不受接收机端PHD的影响,从而获得更优的定位性能。利用MGEX跟踪网全球275个测站的多频实测数据,分别采用传统多频非组合模型（UC-PPP）、估计接收机差分码偏差（DCB）的多频非组合模型（UC-PPP-rDCB）以及所提出的模型进行PPP实验。结果表明,所提出模型在定位精度上优于UC-PPP模型和UC-PPP-rDCB模型,其中在E方向上较其他两种模型的提升幅度分别达到33.3%和14.3%,在3D方向上较其他两种模型可分别提高8.55%和2.20%;在收敛性能上与UC-PPP-rDCB模型相当,其间的差异在1 min内,均优于UC-PPP模型。     

CORS基站周跳探测与修复方法

针对在CORS系统初始化后,周跳的出现将严重影响移动用户定位精度,CORS网中基站坐标已知,可精确预报对流层、电离层等系统误差,以及整周模糊度确定的特点,分析了周跳对双差模型的影响,通过分析普通卫星产生的周跳仅对一个双差观测方程产生影响,可以作为粗差,参考卫星的周跳会引入所有观测方程,从而对模型产生系统性误差,进而提出了使用附有系统参数的抗差估计方法,对CORS基站中的载波观测值进行整体平差,根据改正数V判断普通卫星的周跳,根据系统参数x2判断参考卫星的周跳。实验表明,该方法能将所有可见卫星进行整体的周跳探测,并且能实现高度角低于10°时的周跳探测和修复。     

北斗三频精密姿态测量中整周模糊度的单历元可靠固定（英文）

载波相位模糊度固定是GNSS高精度姿态测量中的关键问题。针对附有基线长约束的姿态测量场景提出了一种可靠的Bei Dou三频模糊度单历元快速固定算法。首先使用无几何模型可靠地固定两个超宽巷模糊度;其次使用这两个超宽巷模糊度计算一个宽巷模糊度;然后在固定模糊度的宽巷观测值的辅助下,使用几何相关模型对第三个窄巷模糊度(该模糊度需与两个超宽巷模糊度线性独立)的浮点解进行估计,并使用C-LAMBDA方法对其进行固定;最后对三个频点上的原始模糊度进行恢复并利用其进行单历元姿态测量。多组Bei Dou三频实测数据的处理结果表明,提出的单历元模糊度固定方法具有固定成功率高和计算速度快的特点,能够有效地避免周跳的影响,非常适合高采样、动态复杂环境下的多频GNSS姿态测量数据处理应用。     

Galileo/GPS组合接收机载波相位定位方法

鉴于载波相位观测量可提供高精度定位信息的特点，采用扩展卡尔曼滤波和载波相位组合观测值相结合的方法，提出了一种适合Galileo／GPS组合接收机的载波相位定位方法。通过扩展卡尔曼滤波给出精确的载波相位不足整周的相位值，并且在模糊度保持为整数的前提下，根据一定的组合标准论述了具有相应特性的组合观测值，给出一些典型的组合，通过这些组合后的观测值可以容易地解算整周模糊度。最后对结果进行了分析。     

基于伪距宽巷组合的GPS模糊度固定方法

中长基线模糊度快速解算是GPS网络差分技术的核心内容。根据网络差分模糊度固定只用于基线解算而不用于定位的特点,通过对常用GPS原始观测数据组合方式的分析,提出伪距宽相组合的数据处理方法,有效消除了电离层、对流层传播误差,形成抗差性强、大气误差自由的GPS组合观测值;在此基础上引入双差伪距宽相组合进行模糊度浮点解并建立法方程,应用高度角与大气误差的关系构造权阵,对常规LAMBDA算法进行了改进,形成一种适合GPS网络差分的中长基线模糊度解算方法。对三个参考站同步观测数据的实际测试结果表明：使用该方法网络模糊度解算时间小于300s,基线长超过60km,并满足闭合性原则。     

载波相位差分相对定位在航天器对接中的应用

将GPS载波相位差分技术应用于航天器自主对接,提出了一种在单频接收机条件下的整周模糊度快速求解方法,首先采用载波相位平滑伪距差分技术进行相对定位,估计模糊度的浮点值,而后通过LAMBDA搜索法求解得到整周模糊度,最后通过最小二乘方法实现相对定位。该方法求解过程简单,并可在基线较长情况下解算模糊度。仿真结果表明,当两航天器相距小于100km时,通常20s即可求解模糊度,最长不超过45s。模糊度确定后,采用整周约束解进行相对定位,相对定位的均方差为0.006m,能很好地满足航天器对接的精度需求。     

一种Galileo五频周跳探测与修复新方法

提出联合四组无几何相位组合和一组无几何伪距相位组合探测Galileo五频周跳,针对上述组合修复周跳过程中遇到的法方程病态性问题,提出一种基于条件数最小原则优选组合系数的策略.首先,按照波长较长、电离层延迟放大系数和周跳探测量标准差较小的标准选出部分适合的周跳探测组合,这些组合均满足有良好的周跳探测性能,之后依据条件数最...     

GPS载波相位双差整周模糊度在航求解

鉴于整周模糊度的快速解算是GPS载波相位测姿的一个主要技术难题,从系统实时性、动态性要求出发,给出了一个整周模糊度的快速解算的新方法。其主要特点为:利用三角函数约束条件减少模糊度搜索范围,优选指标不受基线运动状态影响,可利用多历元动态基线数据进行平差。实验结果验证了该算法的有效性。     

单频GPS/BDS/MEMS IMU紧组合模糊度固定抗差模型

针对高精度GNSS/INS组合定位中,伪距多路径误差严重影响模糊度固定效率及系统定位精度的问题,引入抗差估计函数,建立INS辅助GPS/BDS模糊度快速固定抗差模型。首先建立了单频GPS/BDS/INS紧组合动力学模型以及观测模型,继而研究了紧组合系统INS辅助下GNSS模糊度快速分解模型,分析了伪距观测值粗差对于模糊度参数估值的影响。为减弱异常观测值对于模糊度固定成功率的影响,提出了附有INS定位约束的模糊度解算抗差算法。最后利用实测导航定位数据验证了算法的有效性。结果表明:对比不考虑观测值粗差影响的模糊度固定算法,模糊度固定抗差算法显著提高了模糊度固定的可靠性,抗差算法的模糊度固定效率不受粗差值大小的影响;对于模拟的伪距多粗差情形,抗差算法对GPS/INS、BDS/INS和GPS/BDS/INS三种组合方案的模糊度固定Ratio均值分别提高了100.8%、47.7%以及19.5%;在INS定位松约束条件下,抗差算法提高了模糊度固定成功率。     

网络RTK参考站间模糊度动态解算中病态方程的一种解算方法

在网络RTK参考站间的模糊度估计中,若误差方程严重病态,将导致模糊度解与其准确值偏差较大或整周模糊度无法固定,因此提出了一种适于网络RTK模糊度动态解算的新方案：1）法方程病态性的判断;2）Tikhonov正则化解算病态方程;3）LAMBDA方法搜索固定整周模糊度。同时,深入研究了Tikhonov正则化矩阵的构造方法和正则化参数的选取准则。最后以实例验证了采用此方案解算病态方程是可行的,通过选取合适的正则化参数可以解得准确的整周模糊度;详细讨论了选择不同的正则化参数对模糊度解算结果的影响。     

北斗三频观测值强电离层条件下的周跳探测与修复

采用伪距相位组合和无几何相位组合作为周跳探测量,分析了无几何相位组合的漏探率和误探率,并给出了该组合的适用条件。针对强电离层条件下误探率较高的缺点,提出了采用RBF(Radial basis function)神经网络模型对一阶电离层延迟变化量进行预测,并根据预测残差判断周跳是否发生,采用电离层延迟改正的相位组合周跳估值进行周跳修复。利用电离层活跃期间的北斗三频观测数据验证所提出的算法,实验结果表明:该模型即使在大磁暴发生期间也能够准确地探测出所有周跳并正确修复,不存在不敏感周跳组合,同时误探率在0.3%以下。     

LAMBDA算法的部分模糊度固定及性能分析

模糊度解的可靠性对GPS精密定位至关重要.针对GPS定位中存在的残余误差及未改正偏差降低模糊度固定成功率的问题,在LAMBDA算法的基础上推导了不完全模糊度固定的数学模型,提出了以模糊度浮点解方差为依据、以模糊度固定成功率为约束条件的最优子集选取方法.对选取的模糊度子集进行LAMBDA部分固定测试分析.结果表明,与传统LAMBDA模糊度固定法比较,部分模糊度固定不仅减小了模糊度搜索空间,缓解了计算负担,而且提高了模糊度解的可靠性.     

GPS载波相位整周模糊度的在航快速算法研究

提出了一种单历元初始整周模糊度在航解算方法，该方法把LAMBDA法和ARCE法的优点综合于一体，可快速准确地解算整周模糊度。对求解方法进行了详细的理论推导，最后通过实测数据验证了此方法的可行性。实验结果表明：该算法计算量小，可在一个历元内准确求解出整周模糊度，适合整周模糊度的快速动态求解，对于实现高精度动态导航定位具有很高的实用价值。     

北斗双频组合动对动高精度相对定位新算法

针对动对动相对定位基线矢量实时变化导致整周模糊度浮点解在动态情况下难以快速精确求解的问题,提出了一种北斗双频动对动相对定位算法:对组合双差方程基线向量的系数矩阵进行奇异值分解,并变换组合双差方程以消除基线参量,将变参数估计问题转化为定参数估计问题,然后采用递推最小二乘算法实时推算组合模糊度的浮点解及其协方差矩阵,在此基础上,采用最小二乘模糊度降相关平差法(LAMBDA)搜索和固定组合模糊度。试验结果表明,该方法能够快速准确固定组合模糊度,与单频解算相比,初始化时间用时更短,基线误差在5 cm以内,能较好地适用于动对动相对定位。     

基于改进人工鱼群算法的DGPS整周模糊度快速固定

为提高DGPS整周模糊度的搜索效率,将改进人工鱼群算法引入模糊度固定解搜索环节。在解算中首先根据GPS双差载波相位观测方程,利用卡尔曼滤波估计模糊度浮点解,针对短基线解算问题,以基线长度为约束确定模糊度搜索范围,进而采用LLL降相关算法对模糊度浮点解作降相关处理,最后利用附加整数约束的改进人工鱼群算法搜索整周模糊度固定解。算例分析结果表明,在与遗传算法的100次对比实验中,改进人工鱼群算法搜索平均用时1.6617 s,比遗传算法缩短2.4987 s,算法搜索速度更快,搜索效率明显提高。算法的模糊度搜索成功率为92%,高出遗传算法9%,搜索成功率得到有效提升。因此,与遗传算法相比,改进人工鱼群算法能够更为快速地得到整周模糊度固定解,且具有更高的搜索效率和成功率。     

北斗/INS紧组合的惯性辅助三频周跳探测和修复

传统的使用伪距和相位组合进行周跳探测的方法受限于伪距精度,在多路径效应严重和载体高动态下不可靠。针对该问题,构建北斗/INS紧组合模型,利用惯性辅助北斗三频信号线性组合构造了周跳探测量,兼顾错探率和漏探率,确定探测阈值系数为2.576 8。基于卫星高度角采用正弦函数模型确定载波噪声,分析了载波噪声和卫地距误差对周跳探测和修复的影响。在此基础上选择组合量(0,-1,1),(1,3,-4),(-3,4,0)联合进行周跳探测和修复。使用车载组合导航实测数据验证周跳探测模型的效果。实验结果表明,对于模拟的密集小周跳,所有卫星错探率低于1.75%,漏探率低于0.11%,除低高度角卫星C05,所有卫星修复错误率低于0.35%。对于北斗信号中断的场景,在75 s部分中断内或18 s完全中断内都能够正确修复所有卫星的所有类型周跳。     

基于最优奇偶向量检测的周跳检测

正确地检测和修复周跳是载波相位测量数据处理中的重要问题，中将周跳作为GPS卫星信号故障的一种特殊形式，把周跳检测问题转化为GPS载波相位测量的故障检测问题。这里采用鲁棒性好的最优奇偶向量方法检测周跳并进行修复。通过仿真结果验汪了该方法即使在动态情况下也可以有效地检测并修复小周跳。     

惯性辅助超短基线GPS航姿解算

ＧＰＳ航姿系统是利用ＧＰＳ 载波相位相对测量来确定载体的航向和姿态。对于只有２ ～３ 个载波波长的超短基线，载波相位初始模糊度的确定将变得容易，而且这样的超短基线有利于周跳的检测，但超短基线使航姿解算精度较低。为了提高航姿解算的精度和可靠性，本文提出了ＧＰＳ航姿和低精度陀螺的组合系统，并进行了仿真研究。