博士论文摘要 | 严丽：BDS/GPS融合精密定位理论与算法研究

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BDS/GPS融合精密定位理论与算法研究

博士论文摘要|严丽：BDS/GPS融合精密定位理论与算法研究

引文格式：严丽. BDS/GPS融合精密定位理论与算法研究. 测绘学报，2020，49(6)：803-803. DOI: 10.11947/j.AGCS.2020.20190260.

基金项目：江西省教育厅科技项目（GJJ180421）

阅读全文：http://xb.sinomaps.com/article/2020/1001-1595/2020-6-803.htm

全文概述

北斗卫星导航系统是首个异构星座，是目前完全运行的唯一的三频导航系统，集导航定位、授时、用户监测、短报文通信于一体。BDS具有的独特优势，有利于改善DOP(dilution of precision)值、削弱大气误差、缩短模糊度初始化时间等。BDS与GPS融合卫星资源的利用，将成为BDS逐步走向国际卫星导航领域的一个过程。本文分析BDS与GPS在时空参考框架、星座结构、信号内容、数据质量等方面的差异性，研究BDS/GPS融合高精度相对定位关键技术。提出了一套BDS/GPS静态与动态相对定位算法，并开展了大量的试验研究，如铁路CPI控制网静态数据处理，基于相对定位精度因子RPDOP(relative positioning dilution of precision)分析的快速静态定位，不同范围与挑战性环境下RTK(real time kinematic)定位等，验证本文理论算法研究的正确性。本文主要内容如下。

(1) 考虑BDS/GPS不同系统观测值随机模型的差异，进行了随机模型的精化与评估。为了精化随机模型，利用5类经验随机模型函数拟合BDS/GPS卫星观测值精度与卫星高度角、信噪比间的关系，并计算拟合优度，选择最优随机模型。开展BDS/GPS差分整周模糊度固定及定位试验，评估精化随机模型的性能。结果表明：精化随机模型可提高整周模糊固定成功率，加常数随机模型更适合测试接收机，信噪比随机模型能更好地反映融合系统观测值质量。

(2) 分析BDS GEO(geostationary orbit)卫星、IGSO(inclined geosynchronous orbit)卫星、MEO(medium earth orbit)卫星观测值的方差分量，发现其大小不同、时间相关性存在显著差异。顾及不同类型BDS卫星观测值的异方差特性，研究采用迭代最小二乘与最小范数二次无偏估计MINQUE(minimum norm quadratic unbiased estimation)相结合的方法，实时估计BDS不同类型卫星观测值方差分量和精确的位置参数。为评估实时估计随机模型的性能，对243m、645m、10137m 3条不同长度基线进行精密相对定位测试，结果表明：实时估计随机模型能有效改善BDS精密单历元动态相对定位性能，尤其当站间距离较长时改善更显著。10137m基线测试结果，表明1h数据单历元解在北、东、高方向，平均定位精度分别提高了41.3%、54.5%、51.6%。

(3) 从精度因子DOP(dilution of precision)的角度，论证BDS与GPS融合能够提高单系统相对定位的精度和时间效率。论证了BDS与GPS系统融合，模糊度精度因子减小，能够快速固定模糊度，且相对几何精度因子和对流层精度因子减小，能够提高定位精度，达到与延长观测时长相同作用。另外，论证引入BDS三频，电离层精度因子减小，相比三频数据较少的GPS系统具有一定的优越性。利用实测数据，分析验证了该理论推导的正确性。

(4) 研究了BDS与GPS高精度静、动态相对定位数据处理算法，并研制了相关软件，开展测试分析。川藏铁路CPI控制网数据处理，表明BDS基线解算精度与GPS相当，系统融合能提高基线解算合格率和精度，且融合实时快速测量能提高85%的时间效率。不同距离RTK数据处理，表明BDS与GPS短距离RTK均能获得1cm水平精度、5cm高程精度，20~50km中长距离RTK均能获得2cm水平精度、1dm高程精度，融合系统能够显著提高RTK定位高程精度。在本文试验的城市环境及墙角环境，实施RTK定位，融合系统具有明显优势，模糊度固定解的成功率比单系统提高了50%以上。

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