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动态GPS精密单点定位方法研究

作　者: 黄健
导　师: 何海波
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 动态精密单点定位误差分析硬件延迟偏差周跳探测与修复最小二乘搜索法二次滤波
分类号: P228.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

动态GPS精密单点定位方法能在全球范围内连续独立地提供高精度的坐标信息，其无需基准站的特点有效解决了双差测量中解算精度受基线长度影响的限制，其应用领域正在快速扩展。本论文对动态GPS精密单点定位理论和方法开展研究，论述了精密单点定位数学模型和统计模型，对误差改正模型及误差影响进行了详细的研究，针对动态定位中经常出现的周跳，提出了使用改进的最小二乘搜索法进行短时段的周跳的修复，研究了动态GPS精密单点定位算法，编写了动态GPS精密单点定位软件，通过与商用软件的比对分析，验证了软件的正确性。论文的主要结论有以下几点：1.在理论上，推导了误差对定位结果影响的误差传播公式。并通过实验分析了各项误差源对定位结果的影响大小。实验表明， Sagnac效应对定位结果影响为20-30m，DCB等其他各项误差的影响也达到厘米级以上，因此在动态GPS精密单点定位中需对DCB误差加以考虑，并需要精密的误差模型对各项误差进行改正。2.分析了电离层残差法、伪距载波相位组合法和TurboEdit方法在动态GPS精密单点定位中的周跳探测效果。提出改进的最小二乘搜索法用于周跳修复，并通过实验成功修复了短时周跳。3.自主研制了动态GPS精密单点定位软件，给出了滤波算法中各参数的经验值。并依据平滑估计理论中的Rauch-Tung-Striebel公式，对软件中使用的二次滤波算法进行了理论验证。4.通过对航空、车载、航海三种不同方式的实验数据解算，并将解算结果与GrafNav软件的双差定位解算结果相比，验证了软件的正确性，实现了厘米-分米级动态定位，认为该软件在算法上达到与商业软件相当的水平。5.实验分析表明，使用二次滤波方法，可以提高初始坐标精度，非常有效地减少收敛时间。而通过降低卫星高度截止角、提高采样频率，也能一定程度地减少收敛时间。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-16
  1.1 引言  11-12
  1.2 动态 GPS 精密单点定位技术研究现状  12-14
  1.3 论文的主要研究内容  14-16
第二章观测量与模型  16-26
  2.1 GPS 观测量  16-19
    2.1.1 GPS 信号概述  16
    2.1.2 原始观测量的观测方程  16-18
    2.1.3 观测量的线性组合  18-19
  2.2 数学模型  19-22
    2.2.1 观测方程  19-20
    2.2.2 观测方程线性化  20-22
  2.3 统计模型  22-25
    2.3.1 观测值的统计模型  22-23
    2.3.2 未知参数的统计模型  23-25
  2.4 小结  25-26
第三章误差改正  26-41
  3.1 与卫星相关的误差  26-30
    3.1.1 卫星轨道误差  26-27
    3.1.2 卫星钟差  27-28
    3.1.3 卫星硬件延迟偏差  28-30
    3.1.4 卫星天线相位中心偏差  30
  3.2 与传播路径相关的误差  30-34
    3.2.1 Sagnac 效应  30-31
    3.2.2 引力延迟效应  31
    3.2.3 对流层延迟  31-33
    3.2.6 Wind-up  33-34
  3.3 与接收机相关的误差  34-35
    3.3.1 接收机天线相位中心偏差  34
    3.3.2 地球形变  34-35
  3.4 误差影响分析  35-40
    3.4.1 误差传播公式  35-36
    3.4.2 部分误差影响分析  36-40
  3.5 小结  40-41
第四章周跳探测与修复  41-53
  4.1 引言  41-42
  4.2 电离层残差法  42-44
  4.3 伪距载波相位组合法  44-46
  4.4 TurboEdit 方法  46-47
  4.5 改进的最小二乘搜索法  47-50
    4.5.1 周跳备选值的产生  47-48
    4.5.2 最小二乘搜索  48-50
  4.6 算例分析  50-52
  4.7 小结  52-53
第五章动态 GPS 精密单点定位算法  53-67
  5.1 软件流程  53-54
  5.2 算法准备  54-56
    5.2.1 输入参数  54-55
    5.2.2 测站和卫星数据的获取  55
    5.2.3 数据检测  55-56
  5.3 数据预处理  56-57
    5.3.1 星蚀区卫星的处理  56
    5.3.3 周跳的探测与修复  56-57
  5.4 误差模型改正  57
  5.5 Kalman 滤波解算  57-62
    5.5.1 Kalman 滤波  57-58
    5.5.2 参数设置  58-59
    5.5.3 稀疏矩阵的处理  59-62
  5.6 二次滤波  62-65
    5.6.1 收敛时间  62-63
    5.6.2 Rauch-Tung-Striebel 公式  63-64
    5.6.3 二次滤波  64-65
  5.7 结果输出  65-66
  5.8 小结  66-67
第六章实验解算  67-72
  6.1 航空 GPS 实验  67-68
    6.1.1 实验数据  67-68
    6.1.2 解算结果与分析  68
  6.2 车载 GPS 实验  68-69
    6.2.1 实验数据  68-69
    6.2.2 解算结果与分析  69
  6.3 航海 GPS 实验  69-71
    6.3.1 实验数据  69-70
    6.3.2 解算结果与分析  70-71
  6.4 小结  71-72
第七章收敛时间的影响因素分析  72-75
  7.1 观测数据获取方式对收敛时间的影响  72-74
    7.1.1 高度截止角对收敛时间的影响  72-73
    7.1.2 采样频率对收敛时间的影响  73-74
  7.2 二次滤波方法对收敛时间的影响分析  74
  7.3 小结  74-75
第八章总结  75-76
致谢  76-77
参考文献  77-80
附录 1  80-81
附录 2  81-83
作者简历攻读硕士学位期间完成的主要工作  83

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