一种基于GPS/BDS/GLONASS的中长基线模糊度解算组合RTK定位方法外文翻译资料

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一种基于GPS/BDS/GLONASS的中长基线

模糊度解算组合RTK定位方法

W. Gao, C. Gao amp; S. Pan

摘要： 随着我国北斗卫星导航系统（BDS）在已将亚太地区列为业务区域，展现了BDS结合GPS和GLONASS对提高全球导航卫星系统高精度定位的重要性。多星座组合增加可用卫星，提高了定位的可靠性，但是同时它也会带来一些高维度误差消解的挑战。有人提出了一中GPS/BDS/GLONASS组合RTK中长基线定位方法。为了减少对流层和电离层延迟对AR的影响，采用二阶AR策略，分别建立模糊度解算和电离层观测模型。在整周模糊搜索过程中，部分模糊度的解析标准方法提出了提高AR的性能。作为标准，可以用卫星的高度截直角、卫星数、固定成功率来确定模糊子集。用GPS/BDS/GLONASS观测一段30km到60km的基线进行实验，检测RTK的定位性能。实验结果表明，GPS/BDS/GLONASS结合模糊度在定位速度和定位基线的性能都得到了极大提升，分别提高了20s和5cm。

关键词：GPS/BDS/GLONASS；中长基线；模糊度；RTK定位

1. 绪论

作为常用的高精度定位技术，RTK在过去几年里已经证明了它的效率和可靠性，然而其可用性和可靠性的一些具有挑战性的条件下显著恶化，例如，基线长度超过15公里的深露天矿和城市峡谷。特别时单系统情况下，在挑战性的环境中，并不能可见所有可用卫星。此外，受跟踪卫星数量、基线长度、观测环境、观测噪声和大气误差的影响，初始化往往需要数十秒，甚至更多，其根本原因是不能可靠地解决整周模糊.整数模糊度是RTK精确测量的一个先决条件。如果正确解决误，差定位精度可以达到厘米级，否则达到分米级甚至更大的定位误差。

虽然网络RTK定位技术得到了迅速的发展和广泛应用于商业服务，但是单站RTK仍然是基础一些应用，如定位的重要意义海域，地方没有可用的通信信号，或一些广阔和荒凉的地方不保证基础建设密集网站。有效距离是限制单站RTK进一步应用的关键。由于显著增加基线长度，电离层和对流层被认为是两个关键的控制误差来源。大家提出了一个强大的技术，这需要首先对整周模糊度的测定载波相结合使用双频，精确的伪距数据，然后计算出浮动L1的模糊度。自那时以来，这种模式被广泛采用。对于对流层的影响，最简单的策略是在短基线通常的双差术后忽略残余对流层误差。然而对于基线较长，残余对流层延误仍可能达到是几厘米，特别是低仰角卫星。有效的方法是将对流层延迟作为未知参数估计。然而由于在他们之间强烈的相关性，这将使其与高度参数严重的病态性。折中的方法是相对对流层天顶延迟估计吸收残余对流层的影响，这种策略可以缓解距离限制，尤其是适合中长基线。

对于无电离层模型，例如全球定位系统约5.35厘米的实际的偏差模糊值将导致在L1偏差。虽然电离层自由组合用RZTD估计策略，放大观测噪声和剩余大气延迟使AR中长基线的严峻挑战。对于一个单一的系统，有几个多余的观测，所以它需要一个比较长的观察期获得高精度真值模糊估计和进一步的定位结果。

自2012年北斗导航系统区域服务以来，它与美国的GPS，俄罗斯的GLONASS和欧盟伽利略系统一直是全球四大导航。多星座组合带来与单一系统相比，多颗卫星提供更多冗余观测信息。这有助于提高定位稳定，当然也有助于基于几何模型的模型，主要是可以提高该模糊精度，从而提高了成功率。然而，对于系统的偏差，例如通过低仰角卫星的造成剩余大气误差，多星座组合仍然提供较小的帮助。因此，几乎不可能同时解决所有的模糊。

在本文中，提出了一个GPS /北斗/ GLONASS组合中长基线的RTK定位方法。该过程包括2个集成步骤

（1）第一步是基于几何模型的组合整数模糊度伪距和载波相位的确定

（2）第二步是搜索L1（或L2）频道的使用电离层自由组合与解析整数模糊。

在这两个模糊度搜索过程中，部分误差消解方法用于避免低仰角卫星的误差导致极端的影响。

在整周模糊搜索过程中，部分模糊度的解析标准方法提出了提高AR的性能。作为标准，可以用卫星的高度截直角、卫星数、固定成功率来确定模糊子集。用GPS/BDS/GLONASS观测一段30km到60km的基线进行实验，检测RTK的定位性能。最后，在结论部分，我们得出结论、研究结果和结论评论。

1. 观测模型与模糊分辨率模型

2.1观测模型

基本简单的DD伪距载波观测方程可以表示如下

（1）

（2）

是双差运算符；Q是伪距和载波测量，；L为波长；所有项目的下标i代表第i个频率对应的项目；卫星站的距离是卫星的距离；T电离层延迟；I是正整数模糊；N是对流层延迟；通过远程载波观测；1b和1W的是分别伪距和载波测量噪声。

K和r分别表示参考卫星，（3）式可以进一步表示为式（4）和（5）

2.2模糊分辨率模型

因为宽巷组合的青睐相对较长的波长和对电离层延迟的敏感性较低的特性，它能用来来解决模糊性基本上是独立的基线长度因此更容易确定。考虑到基于几何的模型可以使用所有的观测是一种集成的形式，减少观测噪声的影响，应在本文中采用几何模型宽车道。

在一个几何模型中，把未知的基线向量参数和宽巷模糊估计配合在一起。同时F1的两伪距方程与F2和宽巷载波方程计算方程的矩阵形式为

在公式中，分别室友G、R、C代表GPS、BDS、GLONASS。A是系数基线向量参数矩阵，

B是DD模糊矩阵的系数；dX代表基线向量参数；

为了能够计算DD歧义GLONASS，我们单独的DD歧义从方程（5）提出，然后方程（5）可以改写为

我们知道，为了单独的DD宽巷歧义的GLONASS，我们首先需要知道的站间单差宽巷模糊参考卫星。可以计算使用墨尔本吴组合，得到公式（8）

2.3 L1和L2歧义消解的使用无电离层组合

对于GPS和BDS，DD无电离层组合可以表示为

QIF和NIF是电离层载波周期观测与电离层自由模糊他们可以表示为

对于GLONASS，DD无电离层组合可以表示为

如果是GLONASS DD无电离层歧义。从方程（9）和（11），我们可以看到GPS电离层歧义BDS和GLONASS也可以估计在相同的形式，因此可以结合在一起的共同的几何形状未知的估计参数，即基线向量和对流层延迟。对于中长基线，残余对流层延迟不能忽略AR，特别是电离层自由。只有一个狭窄的车道波长的模糊10.7厘米（全球定位系统）。静液延迟有助于超过90%的对流层总延迟准确地模拟使用标准模型。然而,由于其更为复杂的时空变化，湿延迟难以消除。在这里，我们表达相对湿度延迟函数的剩余延迟（rzwd）和方位角对称性假设湿映射（Li et al.，2010）为

经过处理的方程（9 - 12），我们可以得到电离层自由模糊计算的矩阵形式方程

同样地，宽车道，我们可以得到浮动电离层自由含混含混及其VC矩阵QN ^如果：为了解决无电离层歧义，我们需要改变的模糊形式。GPS和BDS，已知的DD宽巷模糊可介绍

DD无电离层歧义可以转化只有L1（B1）含糊不清或L2（B2）和歧义，L1或L2误差有整数值。需要注意的是，该BDS GEO卫星也解决整数比而不让它们浮动模糊。

GLONASS卫星，DD无电离层歧义，如果可以转化为形式类似的方程（15）

在这里，我们采用一种简单的方法来确定初始值与伪距组合进行观察，描述为方程（16）

在公式15中和分别为

根据目前使用全球导航卫星系统的频率，我们可以计算出最大A1和A2，分别为0.0159和0.0046。由于分辨率DNR1、DNR WL不仅由观测噪声的影响也站差DCBS，影响可能相当大。计算方法GLONASS提出站差模糊王（2000）本文采用，搜索最优SD歧义在DD的观察方程的二次形式的残差DD含糊不清。在电离层自由模式，我们只是搜索的标清宽巷模糊，因为相应的系数是远远大于标L1模糊。事实上，如果SD L1的影响模糊度误差大于0.0159的一半，这将是吸收和处理在大范围内的模糊搜索。在方程（15）的过程中，GLONASS DD无电离层歧义也可以转化为只有DD L1含糊或具有整体属性的二级模糊性和BDS。

由于电离层歧义NIF可以写为：所以在12F 2站长转型从DD无电离层含糊不清的DD过程L1或L2，VC矩阵不改变。浮DD L1 L2歧义和歧义或VC矩阵可用于整数

模糊搜索，这将在部分介绍歧义消解法。

1. 部分歧义消解方法

在多星座RTK处理歧义的中低海拔不时地会频频出台。我们都知道，低海拔从观测噪声中的模糊性更大，多径效应与大气剩余大气延迟，因此，有许多较低的精度。因此，它是，一般不可能同时解决所有的歧义。或者它可以被认为，如果我们修复所有模糊的同时，低海拔的可能会影响搜索系统，并进行搜索结果无法通过验收测试。在这一节中，一个带有模糊子集的部分应策略选定的基础上依次增加的高度将介绍。

从观察中所描述的过程模型和模糊度解析模型部分，我们可以得到所有三个系统和卡尔曼滤波器对应的风险矩阵。作者可以把歧义分为2个部分这些假设可以可靠地固定，当然，其他的都是不可能的固定可靠。如方程（18），我们假设n ^ QN ^一；一和N ^ B；QN ^ B歧义和相应的两个部分的风险矩阵，分别地将介绍。

如果我们能解决个可靠的和在一个足够多的歧义的数目，我们可以直接使用的固定定位计算的模糊性。当然，我们还可以利用固定的模糊性来提高剩余模糊度及其精度VC矩阵，可参照Teunissen等人。（1999）和李等。（2014）。在本文中，我们主要考虑前者，也就是说我们直接使用所选的定位计算的固定性。然而，重要的是如何确定子集。在本文中，我们得到的子集按下列步骤：

1. 对所有卫星的升高进行排序秩序，我们可以得到新的海拔方程（19）

1. 然后，lambda;方法应用于模糊搜索过程。如果搜索结果符合以下三个条件，固定的模糊性可以被认为是通过验收试验，并应用于以下的定位计算。
2. 如果在步骤（2）的条件不能满足，截止高度角将被设置在E2。然后步（2）重复。当然，如果截止高度角仍在E2无法通过验收测试，程序将继续使用较大的截止高度。但如果它不能满足条件（丙），迭代将停止和当前的划时代保持模糊浮动。

模糊子集选择方法的过程在标准杆也可以表示在图1。在实验研究和案例研究部分，P0为0.999；T 2；N0 10和生态在35U。

图-1在实验中使用的基准

1. 实验与案例研究

从天津GNSS网络三站（在中国）被选为实验。三所有包含GPS /北斗/ GLONASS双频观测站基线长度的三是32.4，41.2和59.1公里，分别为可以看到图1。对于缺乏空间，我们只是分析模型L1模糊度的性能，由于宽巷AR就容易多了。作者选取一个时期作为典型案例进行分析细节。和初始化时间20期大约9小时后给。

首先，为了验证大气的影响常规RTK模糊度解算误差，三卫星的高度小于30U从短基线，即“dl-tg”入选分析。图3给出了双差对流层误差和电离层误差在一起立面图，这是来自电离层和几何自由DD观测，分别。相应的方程分别为方程组（22）和（23）

可以看到，大气误差在32.4公里的基线是不容忽视的，特别是电离层误差，他们甚至可以达到10厘米，甚至超过一半波长的基本模糊。当然，这将是更严重的较长基线。因此，电离层误差（第一顺序）应该是消除或估计。从图3b中，我们可以看到建模后残余对流层误差达到5厘米，在158海拔。这就是原因剩余的对流层延迟估计提出的方法。

图4在一个单一的系统时，给出了其结果被使用，包括比例和氩气的成功率。作者可以看到大部分的时间，比例从三个系统是在一个低的水平，即围绕一个。AR成功率也表明不理想的结果，如全球定位系统和BDS需要大约400和200的达到成功99%分别率，而GLONASS甚至需要更多的时间，由于更少的卫星。此外，当有一个新的上升的卫星，成功率将大幅下降，作为新的上升卫星受差的模糊性精度和大型模糊的偏见。

图（2）（a）大气误差G12（b）源大气误差R06。（c）源大气误差C04

图6和5给了克/的/研究/碳复合的结果在远和PAR模型从三个基线，包括一些模糊的，应为成功率和比。从图5我们可以看到多星座组合提高了成功率大幅度，因为它只需要20秒得到一个高成功率99%。然而，除了模糊精度，其性能也受模糊性偏差，特别是低仰角卫星。所以我们可以从图6中看到，它仍然需要一些时间（120，33，和150秒），以满足在三基线给定阈值。当PAR策略应用，只需20秒就可以得到所有的三个基线比阈值。它需要需要注意的是，在最初的20时代，如果成功率远低于99%，平价战略将不被使用，以避免不必要的迭代。所以在标准模型中所需要的时间也包含了部分确保足够的观测几何。什么是更多的，同样的现象在图4b的新的上升的卫星也将导致更坏的性能，无论成功率和比例。在模型，可以很好地解决，因为在搜索过程中，新的上升的卫星将是被设置条件或平价战略门槛。在以后的时代，作为高程增加和模糊精度提高，“新的上升”的模糊性将被采纳在模糊性固定。虽然比例也下降很多，它仍然符合门槛，从而仍然确保AR的可靠性。

图-3（a）模糊数和成功率”的dl-tg。 图-4 （a）模糊数和“dl-t

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