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GPS精密单点定位算法研究与软件实现

作　者: 李玮
导　师: 程鹏飞；秘金钟
学　校: 中国测绘科学研究院
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 精密单点定位非组合实时质量控制对流层天顶延迟授时
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 739次
引　用: 5次
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内容摘要

GPS精密单点定位是利用IGS提供的精密卫星星历和钟差产品,以单台双频GPS接收机的伪距和载波相位观测值来进行精密绝对定位的方法。其定位精度可达到静态厘米级和动态分米级的水平。除位置外,还可同时得到接收机钟差、对流层天顶延迟等产品,使得该技术在坐标框架的维持、高精度导航定位、大气延迟提取及精密授时等领域均具有广阔的应用前景。本文系统研究了精密单点定位理论,着重分析了相关的技术难点,对部分关键问题,如参数估计、误差随机模型确定、实时质量控制等进行了详细论述。主要研究内容包括以下几方面:1、精密单点定位观测方程及其误差源在GPS原始观测方程的基础上,推导了无电离层组合和非组合两种精密单点定位方法的观测方程;详细阐述了精密单点定位过程中影响显著的误差源及相应的处理方案。2、两种精密单点定位方法:参数估计策略及结果分析介绍了两种精密单点定位方法的数学模型、未知参数的估计方案和随机模型,并比较了两种精密单点定位方法的优缺点,分别利用随机游走过程模拟对流层残差随机变化和白噪声过程描述钟差随机变化。分别对静态,仿动态,以及船载低动态数据和机载高动态数据进行处理,表明作者研发的PPP软件能达到较高的精度,在静动态条件下分别能达到厘米级和分米级的定位精度,滤波收敛后定位结果的稳定性可分别达到1～3厘米和6～10厘米。该精度与国内外同类的研究结果相当。首次实验分析了两种PPP算法,比较了各自的特点以及在定位中的应用,实验结果表明,非组合PPP不仅能够有效减少各坐标分量解得滤波收敛时间,且滤波收敛解的稳定性也得到改善。3、精密单点定位的实时质量控制提出GPS精密单点定位的实时质量控制,并将基于预报残差的DIA质量控制过程引入到PPP定位中,通过实例证明:实施DIA质量控制后能加快滤波收敛速度,并提高精密单点定位解的稳定性和精度,实施DIA质量控制策略以后,各坐标分量经过约35分钟即可收敛到1分米以内,且收敛后X、Y、Z三分量的外符合精度可分别达到2、2、4厘米。4、GPS精密单点定位的其他应用利用静态精密单点定位技术,估计得到单站对流层天顶延迟和接收机钟差,通过与IGS发布的最终产品进行比较,分析了其精度。利用IGS跟踪站进行试验,试验结果表明,利用精密单点定位方法,基于单站24小时的双频观测数据,可估计得到无明显系统偏差、精度达毫米级的绝对天顶对流层延迟和实现0.1～0.3ns的时间传递精度,进而拓展了精密单点定位技术的应用范围。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第一章绪论  10-20
  1.1 引言  10-11
  1.2 IGS 及其产品概述  11-15
    1.2.1 IGS 发展概述  11-13
    1.2.2 IGS 产品概述  13-15
  1.3 精密单点定位技术国内外研究现状  15-17
  1.4 本文研究的目的和主要内容  17-20
第二章 GPS 精密单点定位原理  20-38
  2.1 引言  20
  2.2 精密单点定位的观测方程  20-24
    2.2.1 无电离层组合模型  21-23
    2.2.2 非组合模型  23-24
  2.3 精密单点定位的函数模型  24-29
    2.3.1 无电离层组合模型  24-26
    2.3.2 非组合模型  26-28
    2.3.3 两种精密单点定位方法特点比较  28-29
  2.4 精密单点定位的随机模型  29-32
    2.4.1 观测值的随机模型  29
    2.4.2 参数的随机模型  29-32
  2.5 精密单点定位的参数估计策略  32-37
    2.5.1 标准的卡尔曼滤波模型  32-34
    2.5.2 无电离层组合模型  34-35
    2.5.3 非组合模型  35-36
    2.5.4 滤波初值的确定  36-37
  2.6 本章小结  37-38
第三章精密单点定位中模型误差的处理方法  38-54
  3.1 引言  38
  3.2 精密单点定位系统误差处理方案  38-48
    3.2.1 一般系统误差  38-44
    3.2.2 特殊系统误差  44-48
  3.3 GPS 精密单点定位中的质量控制过程  48-53
    3.3.1 质量控制的提出  48
    3.3.2 DIA 过程  48-53
  3.4 本章小结  53-54
第四章 GPS 精密单点定位软件实现与试验结果  54-66
  4.1 精密单点定位设计及软件开发  54-55
  4.2 静态试验  55-58
  4.3 仿动态试验  58-60
  4.4 船载低动态试验  60-62
  4.5 机载高动态试验  62-65
  4.6 本章小结  65-66
第五章 GPS 精密单点定位的其他应用  66-73
  5.1 引言  66
  5.2 对流层天顶延迟估计  66-69
    5.2.1 IGS 对流层产品介绍  66-67
    5.2.2 精密单点定位对流层延迟估计  67-69
  5.3 授时（接收机钟差估计）  69-72
    5.3.1 IGS 精密钟差文件介绍  69-70
    5.3.2 精密单点定位接收机钟差估计  70-72
  5.4 本章小结  72-73
第六章结论与展望  73-76
  6.1 本文主要创新点与结论  73-74
  6.2 展望  74-76
参考文献  76-80
攻读学位期间发表的论文和参加的科研项目  80-82
致谢  82-83
附录  83-86

GPS精密单点定位算法研究与软件实现

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