北斗卫星系统(BDS)差分定位性能研究

北斗卫星系统（BDS）差分定位性能研究近几年随着全球卫星导航系统(GPS(美国)、GLONASS(俄罗斯)、Galileo(欧洲)、北斗卫星导航系统(BDS中国)及区域增强系统,例如QZSS(日本)及IRNSS(印度))的不断更新,播发信号质量提高以及全球卫星星座的改善,其定位技术也不断革新,我国着眼于国家安全和经济领域,极其重视北斗卫星导航系统的建设,全力研发具有独立知识产权的卫星导航系统。同别的卫星星座相比较,北斗卫星导航系统的建设目前正逐步的走向成熟,并计划于2020年实现从亚太地区区域性覆盖到全球覆盖,实现从第二代到第三代北斗系统的过渡。

北斗卫星系统是由同步地球高轨道卫星(GEO)、中圆地球轨道卫星(MEO)和倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)组成的混合星座,并且每颗卫星可播发三个频段的信号。北斗卫星系统在全球卫星导航系统中具有重要地位与独特优势,这使其拥有极高的研究价值,近几年随着国内外对北斗卫星系统研究的加深,其对定位精度的要求也愈来愈高,已经由传统的定位精度较低的单点定位方式逐渐发展到高精度差分定位方式,频段也从仅使用单频定位发展到多频组合定位,定位精度大幅提升,并且在民用化建设层面也在稳步推进中,国产北斗终端产品例如廉价导航定位芯片的市场份额日益增加。

目前国内的研究者对北斗多频差分定位解算中窄巷模糊度与卡尔曼滤波新息向量相结合的相关研究较少,并且在北斗廉价单频导航定位芯片的研究中,对基于网络基站的动态RTK定位性能的研究较少,因此本文在北斗中长基线的差分定位中给出一种将窄巷模糊度和卡尔曼滤波结合的历元挑选策略,并且基于网络基站对北斗廉价单频导航定位模块特别是对其动态RTK定位性能进行评估分析,具体工作内容如下:(1)基于北斗三频的独特优势并使用实测数据,研究其中长基

线下的差分定位性能,首先使用双频几何无关法并结合本文给出的多历元平均修正法进行周跳探测和粗差剔除从而对数据进行预处理,然后使用伪距和相位无几何无电离层组合进行三频多路径误差检测,并使用宽巷模糊度和电离层无关组合进行B3频段窄巷模糊度求解,然后使用本文给出的利用相邻历元B3频段窄巷模糊度组成卡尔曼滤波的新息值并结合滤波发散条件进行历元挑选的策略。实验结果表明:通过卡尔曼滤波新息向量内积的RMS值可以很方便的查找每个卫星对的窄巷模糊度的收敛情况,并通过该方法进行历元筛选后可有效修正因卡尔曼滤波发散导致的定位结果严重偏离问题,最终得到中长基线差分厘米级的定位精度并有效缩短首次收敛时间及提高Fix率。

(2)针对卫星全球组网及国产北斗终端产业的快速发展,以及立足于2020年北斗交通应用目标,开展了廉价(价格低于10$)单频BDS+GPS双模导航定位模块

的RTK定位能研究,借助于网络CORS基站的实时RTCM数据进行静态、动态差分定位,使用插值法对双差模型中卫星位置坐标以及星站几何距离进行修正,从而

解决了由于基准站和移动站在不同频率实时数据输出条件下所引起的定位不稳

定问题,并借助于不同的实验环境仿真空旷环境以及城市地区树木及建筑物遮挡环境。实验结果表明:经过插值修正后可以确保两测站不同频率数据输出情况下的定位稳定性,最终得到静态厘米级差分定位精度,以及动态亚米级的RTK定位

精度,并且基于多星座的优势可在遮挡较为严重的环境下保证相对较高的Fix率。

本文的研究工作兼顾事后差分定位以及动态实时RTK定位,涉及价格昂贵接收机与廉价导航定位模块的差分定位,全面的分析了北斗系统差分定位性能,对

即将完善的北斗第三代卫星定位性能研究以及其未来廉价北斗终端的发展有一

定的意义。