北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)高精度測(cè)量數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用.pdf

1、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的高精度測(cè)量數(shù)據(jù)處理是進(jìn)行精密定位、精密定軌和時(shí)頻同步的基礎(chǔ)。隨著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)向三頻、四頻系統(tǒng)發(fā)展，用戶可以獲得更多的冗余觀測(cè)量，需要優(yōu)化多頻測(cè)量數(shù)據(jù)的處理方法，從而實(shí)現(xiàn)更快的初始化時(shí)間和更高的解算精度。北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)未來(lái)擬播發(fā)包含S頻段在內(nèi)的4個(gè)頻點(diǎn)導(dǎo)航信號(hào)，本文針對(duì)四頻偽距、載波相位和多普勒測(cè)量數(shù)據(jù)的高精度處理需求，研究了多頻偽距消除電離層延遲技術(shù)、多頻載波相位平滑偽距技術(shù)、長(zhǎng)基線下多頻載波相位模糊度快速解算技術(shù)和

2、基于載波多普勒的遠(yuǎn)程時(shí)頻同步和評(píng)估技術(shù)，取得了以下創(chuàng)新性成果：
　　1.針對(duì)多頻偽距電離層延遲消除導(dǎo)致的偽距噪聲放大問(wèn)題，推導(dǎo)了多頻偽距消除電離層延遲的通用算法，分析了北斗全球系統(tǒng)中基于組合噪聲方差最小準(zhǔn)則的雙頻、三頻、四頻用戶的電離層延遲消除算法，為北斗全球系統(tǒng)的導(dǎo)航信號(hào)設(shè)計(jì)提供理論支撐。理論分析和試驗(yàn)結(jié)果表明，播發(fā)S頻段導(dǎo)航信號(hào)的北斗全球系統(tǒng)比北斗區(qū)域系統(tǒng)在無(wú)電離層偽距精度和定位精度上，都能提高5~8倍。同樣播發(fā)4頻導(dǎo)航信號(hào)且

3、同等噪聲水平下，北斗全球系統(tǒng)的無(wú)電離層組合偽距的精度是Galileo系統(tǒng)的1~4倍。
　　2.針對(duì)四頻導(dǎo)航信號(hào)帶來(lái)的新機(jī)遇，研究了多頻GNSS系統(tǒng)的載波相位平滑偽距技術(shù)，推導(dǎo)了通用的算法模型，提出了基于隨機(jī)誤差方差最小準(zhǔn)則的四頻一階偽距平滑優(yōu)化算法。理論分析和試驗(yàn)結(jié)果表明，北斗全球系統(tǒng)載波相位平滑偽距能夠?qū)尉嚯S機(jī)誤差降低至毫米級(jí)，比北斗區(qū)域系統(tǒng)精度提高2~3倍，并使得定位精度提高5~8倍。
　　3.針對(duì)傳統(tǒng)層疊式整數(shù)解算法

4、(CIR)在長(zhǎng)基線場(chǎng)景中無(wú)法單歷元求解模糊度的問(wèn)題，提出了利用組合載波模糊度轉(zhuǎn)換求解基礎(chǔ)載波模糊度的單歷元解算算法。該算法以長(zhǎng)波長(zhǎng)、總誤差較小和轉(zhuǎn)換矩陣條件數(shù)最小為優(yōu)化準(zhǔn)則，并利用平滑后的雙頻偽距和已確定模糊度的組合載波相位來(lái)消除電離層延遲，提高組合載波模糊度解算精度和基礎(chǔ)載波模糊度單歷元解算成功率。該算法將適用基線長(zhǎng)度從幾十km提升至1000km以上，且在1000km的長(zhǎng)基線下，該算法將單歷元解算模糊度的成功率從傳統(tǒng)CIR法的7％提升

5、至100%。
　　4.針對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)長(zhǎng)基線地面站的時(shí)間頻率同步和頻率穩(wěn)定度評(píng)估問(wèn)題，提出一種基于雙向衛(wèi)星頻率比對(duì)和三角帽法的遠(yuǎn)程頻率穩(wěn)定度評(píng)估算法。該算法利用載波多普勒測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算站間頻差，克服了基于偽距的雙向衛(wèi)星時(shí)間頻率傳遞算法在短穩(wěn)評(píng)估上精度差的缺點(diǎn)，通過(guò)三站之間兩兩的頻率比對(duì)，實(shí)現(xiàn)單站的頻率穩(wěn)定度評(píng)估。利用該算法處理北斗系統(tǒng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的結(jié)果表明，解算的秒穩(wěn)達(dá)到10-13量級(jí)，萬(wàn)秒穩(wěn)達(dá)到10-15量級(jí)。
　　論文的研究成果中