精密单点定位理论与方法研究

主要缩略语 (i)

摘要 (iii)

Abstract (v)

第1章绪论 (1)

1.1研究背景与选题 (1)

1.2国内外研究现状 (3)

1.2.1 精密单点定位技术研究现状 (3)

1.2.2 精密定位系统现状 (5)

1.3本文主要创新点 (7)

1.4论文章节安排 (8)

第2章精密单点定位理论基础 (10)

2.1引言 (10)

2.2观测值及数学模型 (10)

2.2.1 非差观测方程 (10)

2.2.2 观测值的组合 (11)

2.3误差源及处理方法 (13)

2.3.1 卫星轨道和钟差误差 (13)

2.3.2 大气传播延迟误差 (16)

2.3.3 多径误差 (19)

2.3.4 PPP相关误差 (19)

2.4参数估计 (25)

2.4.1 卡尔曼滤波 (25)

2.4.2 正反向组合 (27)

2.5数据处理软件 (29)

2.6小结 (31)

第3章基于基准站网络的小数相位偏差估计方法 (33)

3.1引言 (33)

3.2小数相位偏差形成机理及变化特性 (34)

3.2.1 PPP观测模型 (34)

3.2.2 接收机结构 (35)

3.2.3 载波相位测量模型 (35)

3.2.4 实验验证与分析 (39)

3.3基于基准站网络的FCB估计方法的改进 (43)

3.3.1 传统分离FCB的方法 (43)

3.3.2 FCB估计方法的改进 (45)

3.3.3 实验分析 (50)

3.4小结 (58)

第4章基于精密单点定位的电离层延迟提取方法 (59)

4.1引言 (59)

4.2电离层延迟改正对定位的影响 (60)

4.2.1 对单频用户的影响 (60)

4.2.2 对PPP收敛的影响 (61)

4.2.3 电离层改正模型 (62)

4.2.4 小结 (65)

4.3利用双频PPP提取电离层延迟 (65)

4.3.1 传统电离层延迟提取方法 (65)

4.3.2 双频PPP电离层延迟提取的数学模型 (66)

4.3.3 实例分析 (69)

4.4利用单频PPP提取星间单差电离层延迟 (71)

4.4.1 数学模型 (71)

4.4.2 伪距多径消除 (73)

4.4.3 实例分析 (74)

4.5小结 (81)

第5章基于恒星日滤波的多径误差消除方法 (82)

5.1引言 (82)

5.2多径对PPP的影响及多径抑制 (83)

5.2.1 多径对PPP的影响分析 (83)

5.2.2 多径抑制技术 (85)

5.3恒星日滤波原理 (86)

5.3.1 多径误差提取 (86)

5.3.2 滤波周期的确定 (89)

5.4基于卫星视角的恒星日滤波方法 (91)

5.4.1 滤波原理 (91)

5.4.2 实例分析 (93)

5.5恒星日滤波在PPP中的应用 (96)

5.5.1 利用恒星日滤波改进实时电离层延迟提取 (96)

5.5.2 利用恒星日滤波改进动态定位精度 (100)

5.6小结 (104)

第6章结论与展望 (105)

6.1结论 (105)

6.2未来工作展望 (106)

致谢 (107)

参考文献 (108)

作者在学期间取得的学术成果 (116)

表目录

表 1.1 载波相位定位方法比较 (2)

表 1.2 全球精密定位服务 (5)

表 1.3 QZSS PPP-RTK服务带宽分配 (6)

表 2.1 GPS卫星星历和卫星钟钟差产品[16] (15)

表 2.2 电离层分层 (16)

表 2.3 各种码(组合)观测值的DCB改正 (25)

表 2.4 RTKLIB PPP误差改正模型 (29)

表 3.1 非差宽巷模糊度小数部分 (49)

表 3.2 FCB估计实验测站信息 (53)

表 4.1 GPS单点定位误差估算 (60)

表 4.2 电离层约束对模糊度解算的影响 (61)

表 4.3 PPP数据处理策略 (69)

表 4.4 实验观测站信息 (69)

表 4.5 单频电离层延迟误差预算 (72)

表 4.6 对流层插值实验测站信息 (74)

表 4.7 隔天多径序列差值统计 (78)

表 5.1 2012年295天相对于296天卫星周期偏移量统计 (94)

表 5.2 2012年295天相对于301天卫星周期偏移量统计 (95)

表 5.3 实验观测站信息 (98)

表 5.4 PPP数据处理策略 (101)

表 5.5 定位误差相关性分析 (103)

图目录

图 1.1 论文结构安排 (8)

图 2.1 IGS分析中心最终精密轨道精度[16] (14)

图 2.2 IGS分析中心最终精密钟差精度[16] (15)

图 2.3 卫星天线相位中心 (20)

图 2.4 接收机天线相位中心 (20)

图 2.5 固体潮示意图 (22)

图 2.6 最优平滑 (28)

图 2.7 RTKLIB数据处理软件 (30)

图 2.8 PPP数据处理流程 (31)

图 3.1 GNSS接收机结构 (35)

图 3.2 相位锁定环路线性模型 (36)

图 3.3 初始相位偏差实验平台 (40)

图 3.4 初始相位偏差长期稳定性 (41)

图 3.5 信号失锁前后相位偏差变化 (41)

图 3.6 接收机校时前后相位偏差变化 (42)

图 3.7 接收机开关机相位偏差变化A (42)

图 3.8 接收机开关机相位偏差变化B (43)

图 3.9 单层电离层模型 (47)

图 3.10 单历元宽巷FCB--原始(左)/平滑(右) (51)

图 3.11 站间单差宽巷FCB--PPP法(左)/MW法(右) (51)

图 3.12 站间单差宽巷FCB估计(左)及误差(右) (51)

图 3.13 站间单差宽巷FCB--STEC法(左)/VTEC法(右) (52)

图 3.14 站间单差宽巷FCB误差 (53)

图 3.15 FCB估计实验测站分布 (53)

图 3.16 卫星宽巷FCB估计 (54)

图 3.17 卫星L1 FCB估计 (55)

图 3.18 各卫星宽巷及L1频点FCB单天均值和3σ标准差 (55)

图 3.19 卫星宽巷及L1频点FCB单天3σ标准差统计 (55)

图 3.20 接收机宽巷FCB估计 (56)

图 3.21 接收机L1 FCB估计 (56)

图 3.22 PPP浮点解与模糊度固定解的收敛速度比较 (57)

图 3.23 PPP浮点解与模糊度固定解的定位误差比较 (58)

图 4.1 电离层延迟的倾斜率 (63)

图 4.2 单层模型的不一致性 (63)

图 4.3 短基线双差电离层延迟(浮点解) (70)

图 4.4 短基线双差电离层延迟(固定解) (70)

图 4.5 电离层估计误差 (70)

图 4.6 对流层插值实验站点分布 (74)

图 4.7 各站天顶对流层延迟估计 (75)

图 4.8 天顶对流层延迟插值误差 (75)

图 4.9 ZIM2站3号星单差L1频点伪距多径误差 (76)

图 4.10 ZIM2站2011年099-100天伪距多径序列差值 (77)

图 4.11 ZIM2站2011年099-100天伪距多径序列差值(平滑) (77)

图 4.12 ZIM2-ZIMM站2011年100天双差电离层延迟 (79)

图 4.13 单频星间单差电离层延迟提取精度 (80)

图 4.14 电离层延迟辅助PPP (80)

图 5.1 ALBH站2011年DOY244-250天PRN24 L1伪距多径 (89)

图 5.2 2006年DOY1-100天卫星在特定仰角和方位角出现的时间提前 (90)

图 5.3 2009年DOY216一天内卫星星座平均运动周期变化图 (91)

图 5.4 2012年295天相对296天卫星重复周期偏移量 (93)

图 5.5 2012年295天相对301天卫星重复周期偏移量 (95)

图 5.6 恒星日滤波数据处理流程 (97)

图 5.7 短基线站间单差电离层延迟(事后) (98)

图 5.8 电离层估计误差(事后) (99)

图 5.9 恒星日滤波改正前(a)后(b)实时电离层估计误差 (99)

图 5.10 电离层估计收敛时间统计 (100)

图 5.11 解算参数对定位偏差的影响 (102)

图 5.12 恒星日滤波前后定位误差比较 (103)

主要缩略语

英文简称英文全称中文全称

Resolution 模糊度解算

AR Ambiguity

CODE Center for Orbit Determination in

欧洲定轨中心

Europe

CORS Continuously Operating Reference

连续运行参考站

Stations

Bias 差分码偏差

DCB Differential

Code

DOY Day of Year 年积日

ENU East-North-Up 东北天（坐标表示）

FCB Fractional Cycle Bias 小数相位偏差

GPS Global Positioning System （美国）全球定位系统GLONASS Global Navigation Satellite System （俄罗斯）全球卫星导航系统GNSS Global Navigation System 全球卫星导航系统

GEO Geostationary Earth Orbit 地球静止轨道

ICD Interface Control Document 接口控制文件

IERS International Earth Rotation Service 国际地球自转服务

IGSO Inclined Geosynchronous Orbits 倾斜同步轨道

INS Inertial Navigation System 惯性导航系统

MEO Medium Earth Orbit 中高地球轨道

MW Melbourne-Wubbena Melbourne-Wubbena组合

Oscillator

NCO Numerically

Controlled

数控振荡器

NRTK Network Real Time Kinematic 网络RTK技术

PCV Phase Center Variation 相位中心变化

PLL Phase Lock Loop 锁相环

PPP Precise Point Positioning 精密单点定位

QZSS Quasi-Zenith Satellite System 准天顶卫星系统

RINEX Receiver Independent Exchange

与接收机无关的数据交换格式Format

Square 均方根

RMS Root

Mean

Kinematic 实时动态差分定位技术

RTK Real

Time

SNR Signal to Noise Ratio 信噪比

Content 斜向总电子含量

Electron

Total

STEC Slant

TEC Total Electron Content 总电子含量

TECU Total Electron Content Unit 总电子含量单位(1×1016/m2) VTEC Vetical Total Electron Content 垂向总电子含量

Delay 天顶方向对流层延迟

ZTD Zenith

Troposphere