GPS双频解算关键技术研究

论文摘要

随着卫星导航技术的不断发展,GPS导航定位应用已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。在GPS现代化政策和需求发展的推动下,高精度GPS双频民用接收机定位技术日益成为人们关注的焦点。然而由于复杂环境、载体动态等因素造成接收机测量值异常、载波相位周跳,以及当前只有部分L2C信号可得、载波相位整周模糊度等问题,都对高精度双频定位提出了挑战。本文针对双频民用接收机解算技术的一些关键问题展开研究。为了提升定位精度,针对测量值中出现的异常值、周跳、模糊度、电离层延迟等问题,我们展开了双频测量数据的预处理技术研究；并分析了几种双频解算方法,比较其各自的性能。论文的主要工作包括以下几个方面：1)首先介绍了基本测量方程,在此基础上,给出了差分测量方程和测量值的线性组合,分析了这些测量值不同特性；接着介绍了接收机的定位模型,并分析了影响定位精度的四大类测量误差,针对不同的误差源,给出了模型和其它消减误差的方法。2)针对测量值的异常值问题,分析了RAIM法和电离层残差法；对于载波相位周跳问题,分析了无几何距离线性组合法和MW线性组合法探测和修复周跳,提出了采用多普勒辅助的实时周跳探测与修复方法,并给出仿真结果；对于L2C信号部分可得的情况,提出了用天顶电离层法来消除电离层延迟的问题。3)针对不同的双频解算方案,分析了加权最小二乘法和载波相位平滑伪距法,并给出定位的性能；介绍了GPS定位中卡尔曼滤波和带附加模糊度参数的滤波模型,并对滤波发散问题进行了探讨,提出了解决方案。4)介绍了双频接收机的设计及实现,给出双频接收机的性能测试结果；对双频解算技术做了研究展望。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图目录
• 表目录
• 第1章 绪论
• 1.1 GPS系统简介
• 1.1.1 GPS发展历程
• 1.1.2 GPS系统的组成
• 1.1.3 GPS系统的服务及应用
• 1.2 课题研究背景
• 1.2.1 GPS现代化
• 1.2.2 低轨卫星定位技术的发展
• 1.3 双频解算技术研究现状
• 1.4 双频解算的流程及主要工作和结构安排
• 1.4.1 双频解算的流程
• 1.4.2 主要工作和结构安排
• 1.5 本章小结
• 第2章 GPS基本测量方程和误差分析
• 2.1 GPS测量模型
• 2.1.1 基本测量方程
• 2.1.2 差分测量方程
• 2.1.3 观测方程的线性组合
• 2.2 定位模型
• 2.2.1 绝对单点定位
• 2.2.2 差分相对定位
• 2.3 误差源
• 2.3.1 与卫星相关的误差
• 2.3.2 与信号传播相关的误差
• 2.3.3 与接收机相关的误差
• 2.3.4 其他误差
• 2.4 本章小结
• 第3章 双频数据预处理
• 3.1 伪距异常值的识别和修复
• 3.1.1 接收机自主完好性监测（RAIM）法
• 3.1.2 双频伪距组合电离层残差法
• 3.2 载波相位周跳的探测和修复
• 3.2.1 基于无几何距离线性组合的周跳探测
• 3.2.2 基于MW线性组合的周跳探测与修复
• 3.2.3 多普勒测量辅助的实时载波周跳探测与修复
• 3.3 模糊度的求解
• 3.4 电离层延迟的处理
• 3.4.1 卡尔曼滤波平滑电离层延迟
• 3.4.2 L2C部分可得条件下的电离层延迟修正
• 3.5 本章小结
• 第4章 双频解算算法
• 4.1 加权最小二乘定位
• 4.1.1 算法描述
• 4.1.2 性能分析
• 4.2 基于载波平滑伪距的定位算法
• 4.2.1 算法描述
• 4.2.2 性能分析
• 4.3 基于卡尔曼滤波的定位解算
• 4.3.1 GPS定位的卡尔曼滤波模型
• 4.3.2 附加模糊度参数滤波模型
• 4.3.3 卡尔曼滤波发散问题与修正
• 4.3.4 卡尔曼滤波定位结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 双频接收机的实现及解算技术展望
• 5.1 双频接收机的实现
• 5.1.1 信息处理模块
• 5.1.2 系统测试
• 5.2 研究展望
• 附录A
• 附录B
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果