学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

GPS高精度实时动态定位算法研究及软件开发

作　者: 刘亮
导　师: 白征东
学　校: 清华大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: GPS RTK 整周模糊度周跳数据链
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 185次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

RTK(Real Time Kinematic)技术的发展,由最初的单基站差分方法发展到现在的网络RTK定位,使得网络覆盖范围内的动态GPS定位的精度提高到厘米级。对于单站载波相位高精度动态定位,主要存在两个难点,一是整周模糊度的确定问题,这使得它比伪距定位具有更大的算法复杂性;另一个难点是载波相位的整周跳变问题,整周跳变的修复是高精度定位的前提。在网络RTK领域,VRS技术是这一领域的发展前沿和研究热点,VRS技术的实现必须解决好两个关键问题,一个问题是虚拟参考站观测值(测码伪距和测相伪距)生成,准确的虚拟观测值必须正确的模拟测站的空间相关误差;另一个问题是数据链的实现,控制中心与用户接收机之间需要以无线的方式进行通讯。本文系统的实现了RTK技术中的核心算法,并实现了一套实用性的软件。对整周模糊度问题进行了系统的分析,对模糊度求解过程中的浮点解的生成、搜索空间的建立、搜索空间的大小和形状、搜索效率、搜索过程和模糊度的判定准则进行了深入的研究,实现了整周模糊度的在航解算(Ambiguity Resolution On The Fly);采用最小二乘参数估计方法处理GPS基线,分别利用L1载波、L2载波、L1+L2载波、L1和L2的宽巷组合以及L1和L2的消电离层组合来解算基线,并比较了各种解的解算效率和稳定性,提出了在短基线的情况下L1+L2非组合解为最优选择的结论;在周跳探测和修复上,研究并实现了适合自编软件的双差高次差方法及辅助算法——TurboEdit方法,提高了探测方法的可靠性;本文对网络RTK的发展前沿和研究热点——VRS技术的核心问题进行了研究和探讨,分析了虚拟观测值生成过程中的各项空间相关误差,实现了电离层、对流层延迟的既有模型,对卫星轨道误差进行了深入的分析;深入研究了网络RTK技术中的数据链问题,实现了GNSS差分数据的RTCM-SC104格式的实时编码和解码以及Ntrip协议的客户端,能够稳定的从参考站获取并解析GNSS数据。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章概述  9-22
  1.1 GPS 导航定位概述  9-12
  1.2 RTK 技术的发展研究现状  12-18
    1.2.1 系统和软件的发展现状  12-13
    1.2.2 算法的研究现状  13-18
  1.3 课题背景及研究内容  18-22
    1.3.1 课题背景  18
    1.3.2 研究内容  18-20
    1.3.3 章节安排  20-22
第2章 GPS 的观测模型  22-43
  2.1 GPS 观测值的类型和观测方程  22-24
    2.1.1 测码伪距及其观测方程  22-24
    2.1.2 测相伪距及其观测方程  24
  2.2 GPS 主要的观测误差及其修正  24-43
    2.2.1 电离层误差  25-28
    2.2.2 对流层误差  28-30
    2.2.3 地球自转的影响  30
    2.2.4 卫星钟差  30-31
    2.2.5 接收机钟差  31-33
    2.2.6 星历误差  33-43
第3章 RTK 的基本原理和数学模型  43-52
  3.1 RTK 定位的原理和算法实现  43-52
    3.1.1 RTK 定位的基本原理  43-45
    3.1.2 单差、双差和三差  45-47
    3.1.3 GPS 观测值的线性组合  47-50
    3.1.4 GPS 双差观测方程的线性化  50-52
第4章 VRS 的数学原理和定位模型  52-59
  4.1 VRS 的系统组成  53-54
  4.2 VRS 系统的工作原理  54-55
  4.3 VRS 虚拟站观测数据的生成  55-57
    4.3.1 电离层延迟改正  56-57
    4.3.2 对流层延迟改正  57
    4.3.3 轨道误差改正  57
  4.4 VRS 系统软件的实现和模块划分  57-59
第5章周跳的探测和修复  59-68
  5.1 周跳探测和修复的一般方法  60-64
    5.1.1 多项式拟合法  60-61
    5.1.2 高次差法  61-62
    5.1.3 电离层残差法  62
    5.1.4 滤波方法  62
    5.1.5 伪距相位组合法  62-64
  5.2 双差高次差探测和修复周跳  64-65
  5.3 TurboEdit 方法探测和修复周跳  65-66
  5.4 试验和数据分析  66-68
第6章整周模糊度的固定  68-82
  6.1 常见的模糊度求解方法  69-72
    6.1.1 取整法  70
    6.1.2 整数最小二乘法  70-71
    6.1.3 模糊度函数法  71
    6.1.4 改进的Kalman 滤波算法  71-72
  6.2 LAMBDA 方法搜索和固定模糊度  72-82
    6.2.1 LAMBDA 方法的基本原理  72-73
    6.2.2 LAMBDA 的搜索空间  73-74
    6.2.3 模糊度的整数变换和降相关  74-77
    6.2.4 模糊度搜索函数、逆变换  77-78
    6.2.5 LAMBDA 方法的程序实现和实验分析  78-82
第7章 GPS 差分系统的数据链  82-93
  7.1 RTCM SC-104 差分标准格式  82-84
  7.2 RTCM 差分数据的编码和解码  84-89
    7.2.1 RTCM 电文的编码  86-87
    7.2.2 RTCM 电文的解码  87-88
    7.2.3 试验对比分析  88-89
  7.3 Ntrip 协议  89-91
  7.4 Ntrip 协议客户端的软件实现  91-93
第8章软件设计和试验数据分析  93-102
  8.1 软件的功能与流程  93-94
  8.2 实验数据分析  94-102
第9章结论与展望  102-104
参考文献  104-107
致谢  107-108
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  108

GPS高精度实时动态定位算法研究及软件开发

内容摘要

全文目录

相似论文