肖玉鋼

1. 長(zhǎng)江空間信息技術(shù)工程有限公司(武漢)，湖北 武漢 430010； 2. 武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079

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高精度多模GNSS相對(duì)定位理論與方法研究

肖玉鋼1, 2

1. 長(zhǎng)江空間信息技術(shù)工程有限公司(武漢)，湖北 武漢 430010； 2. 武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079

隨著目前BDS、Galileo等系統(tǒng)建設(shè)的穩(wěn)步推進(jìn)，多模GNSS數(shù)據(jù)處理方法及應(yīng)用的研究逐漸成為衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。已有結(jié)果表明，綜合多個(gè)GNSS系統(tǒng)的信號(hào)并在觀測(cè)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(hào)遮擋嚴(yán)重的地區(qū)。但目前的多模算法或者時(shí)效性不足且在短基線情況下相對(duì)精度較低，或者不能充分有效利用原始觀測(cè)值。為此，本文提出了多模GNSS單差數(shù)據(jù)處理模型及相應(yīng)的模糊度固定方法和數(shù)據(jù)預(yù)處理策略，有效避免了現(xiàn)有多模算法的不足，并基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)算法的有效性和精度進(jìn)行了驗(yàn)證和評(píng)估。本文的主要工作與貢獻(xiàn)如下：

(1) 提出了基于站間單差觀測(cè)值進(jìn)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(gòu)建雙差觀測(cè)值，同時(shí)固定系統(tǒng)間雙差模糊度的方法等價(jià)，優(yōu)于僅在系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)建雙差觀測(cè)值的方法。該方法將觀測(cè)方程建立在站間單差觀測(cè)值上，同時(shí)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(jìn)一步提出針對(duì)各GNSS系統(tǒng)的單差模糊度整周特性恢復(fù)方法?；€解算結(jié)果表明，單差方法所得基線重復(fù)性在N、E、U方向分別可達(dá)2.1、1.7、5.0 mm(四系統(tǒng))，與混合雙差方法相當(dāng)，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(jìn)行模糊度搜索，同時(shí)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(chǔ)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(yù)處理方法擴(kuò)展為多系統(tǒng)、多頻模式，能夠準(zhǔn)確探測(cè)原始觀測(cè)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(guān)，且在不同頻率截距和斜率不同。同時(shí)本文根據(jù)各GNSS系統(tǒng)單差觀測(cè)值的殘差序列分析了四大GNSS系統(tǒng)的測(cè)距精度。結(jié)果表明，不同GNSS系統(tǒng)觀測(cè)值具有不同的測(cè)距精度；相位觀測(cè)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(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)處理策略隨機(jī)模型的改進(jìn)方案，同時(shí)提出可預(yù)先對(duì)各GNSS系統(tǒng)DCB、ISB、IFB等參數(shù)進(jìn)行標(biāo)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(gòu)建了基于單/雙差模型的多模GNSS數(shù)據(jù)處理軟件平臺(tái)，具備GPS+GLONASS+BDS+Galileo四系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力?；贛GEX觀測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)的分析表明，采用多系統(tǒng)觀測(cè)值解算能夠顯著提高結(jié)果的質(zhì)量。尤其在觀測(cè)時(shí)段較短、觀測(cè)環(huán)境較差時(shí)，多模GNSS的優(yōu)勢(shì)更加明顯?；谀M變形監(jiān)測(cè)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)分析表明，在采用GPS、BDS雙系統(tǒng)觀測(cè)值時(shí)，利用本文所構(gòu)建的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可達(dá)到水平1 mm、高程2 mm左右的監(jiān)測(cè)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(duì)定位理論與方法研究[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，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(xué)，獲工學(xué)博士學(xué)位(指導(dǎo)教師：姜衛(wèi)平教授)，研究方向?yàn)樾l(wèi)星大地測(cè)量。

P228

D

1001-1595(2017)05-0670-01

國(guó)家自然科學(xué)基金(41374033)；國(guó)家杰出青年科學(xué)基金(41525014)

E-mail： ygxiao@whu.edu.cn