机载GPS动态定位测速性能评估与分析

论文摘要

近年来,GPS静态定位精度已经很高,技术也很成熟,随着GPS技术的发展,GPS动态定位与测速成为GPS应用领域的研究热点。精密GPS动态测量,因为能在全球范围内连续、实时或事后、高精度地给用户提供三维位置、速度、加速度、姿态和时间等信息,它在陆地、海面或航空中的导航和测量应用越来越广泛,比如:航空重力测量、石油物探测量、飞机的精密进场、地球动力学研究、板块运动分析、冰架运动监测、地震形变监测、海上测量、时间传递等领域。目前对于机载GPS单目标定位测速的算法模式主要有:动态精密单点定位、单基站差分、多基站差分等;双目标相对定位测速模式主要有动基线测量、多基站差分、动态PPP等。本文采用实测数据,针对机载GPS单目标和双目标定位测速性能进行了分析。论文的主要内容和成果概括如下:1.介绍了GPS动态测量的发展与现状,指出了机载GPS动态测量的发展趋势,分析了国内外目前的研究现状,并对IGS的现状及其产品也做了简要的介绍。进一步指出了机载GPS定位测速性能评估与分析研究的必要性,明确了本文的研究目的和研究内容。2.在分析GPS基本观测量、观测量的组合及其相应的观测方程的基础上,研究了GPS动态情况下受到的几种主要误差源的影响及其消除或减弱误差影响的措施,比如建立模型进行改正、组合观测值改正、作为未知参数参与估计等。在此基础上对机载GPS动态定位和测速的模式及基本数学模型进行了简要介绍。3.简要介绍了本次单目标定位测速试验所采用的数据的基本情况,介绍了多基站差分、动态PPP绝对定位和测速处理模式,提出了单目标定位和测速性能分析方案,以此分析了机载GPS的单目标定位测速性能。首先分析了基准站的网型对多基站差分定位测速的影响,分析发现多基站差分,当差分基准站离航迹较近,且分布均匀时,定位精度大部分都在厘米级。接着分析了处理方向、星历和钟差产品对动态PPP模式的定位测速的影响,发现采用IGU最新预报精密星历和钟差的机载GPS的绝对定位测速精度与IGS和IGR大体相当,比广播星历和钟差的定位测速精度至少高一个数量级。最后采用多基站差分、动态PPP模式进行处理,以单基站差分处理模式作为参照,对三种处理模式绝对定位测速结果进行了比较与分析,发现采用多基站差分无论在定位还是测速上精度都是最高的;定位时,动态PPP的精度优于单基站差分,因为单基站差分的精度受飞机与基准站之间的距离影响较大;测速时,单基站差分精度优于PPP,因为PPP受飞机姿态变化(比如转弯等)的影响比较大,表示三种处理模式测速结果两两之间差别的外符合精度都在毫米每秒的量级。4.简要介绍了本次多目标相对定位测速试验所采用的数据的基本情况,介绍了动基线差分测量相对定位和测速的基本情况、提出了相对定位和测速性能分析方案,以此对同时飞行的两架飞机的机载GPS相对定位测速性能进行了分析。采用动基线测量、多基站差分、动态PPP三种模式进行相对定位测速解算、比较与分析。结果发现,相对定位时,动基线差分与动态PPP的差别最小,外符合精度较优,而多基站差分与动基线差分和动态PPP相对定位差别较大,外符合精度较差;相对测速时,动态PPP和多基站差分的差别最小,外符合精度最优,差值的标准差大约在厘米级每秒的量级,而动基线测量与PPP和多基站差分的相对测速差别较大,标准差在分米每秒的量级,动基线测量的测速相对来说精度较低。5.文章最后对本文所作的工作进行了总结,并对下一步的工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究现状
• 1.3 IGS及其产品简介
• 1.4 研究目的和主要研究内容
• 第二章 GPS动态定位和测速的数学模型
• 2.1 GPS观测模型
• 2.1.1 基本观测量
• 2.2 主要误差源及误差改正
• 2.2.1 与卫星有关的误差
• 2.2.2 与信号传播有关的误差
• 2.2.3 与测站有关的误差
• 2.3 机载GPS定位和测速的模式及基本数学模型
• 2.3.1 多基准站差分基本数学模型
• 2.3.2 动态PPP基本数学模型
• 2.3.3 动基线差分测量数学模型
• 第三章 单目标定位和测速性能评估与分析
• 3.1 试验数据基本情况介绍
• 3.2 单目标定位和测速性能分析方案
• 3.2.1 多基站差分定位测速性能分析方案
• 3.2.2 动态PPP定位测速性能分析方案
• 3.2.3 不同处理模式绝对定位测速性能的比较与分析
• 3.3 多基站差分模式下绝对定位测速性能分析
• 3.3.1 基准站的网型对定位测速性能影响分析
• 3.3.2 星历和钟差产品对定位测速性能影响分析
• 3.4 动态PPP模式下机载定位测速性能影响分析
• 3.4.1 处理方向对PPP定位测速性能影响分析
• 3.4.2 星历和钟差产品对PPP定位测速性能影响分析
• 3.4.3 预报精密星历和钟差对PPP定位测速性能影响分析
• 3.5 单目标不同模式定位和测速性能的比较与分析
• 3.5.1 定位性能比较与分析
• 3.5.2 测速性能比较与分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 多目标相对定位和测速性能评估与分析
• 4.1 试验数据基本情况介绍
• 4.2 相对定位和测速性能分析方案
• 4.3 不同模式相对定位和测速性能的比较与分析
• 4.3.1 相对定位性能比较与分析
• 4.3.2 相对测速性能比较与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 下一步工作的设想
• 参考文献
• 作者简介
• 致谢