卫星部分遮蔽条件下GNSS载波相位动态测速模型研究

摘要

速度在导航定位系统中充当着重要的角色。随着时代的发展，常规测速技术已不能满足人们的需要，高精度的载波相位时间差分测速受到中外学者们的青睐，如果处在城市复杂环境下，该方法显得不再适用。为解决这一问题，论文围绕载波相位时间差分测速及其精度展开研究，主要内容和成果如下： （1）研究了GPS载波相位时间差分测速的原理和算法，一方面从影响测速结果的误差源入手，分别研究误差对测速结果的影响，结果显示误差源对测速结果的影响为mm/s级；另一方面为评价测速结果的精度，分别从静态和动态两方面对其进行了评价，结果表明：静态状态下，测速精度达到了mm/s级；动态状态下，采用IE商业软件的测速结果为参考值，经比较分析可得知速度精度可达到cm/s级。 （2）通过对测速模型的研究，将单系统测速模型推导到多系统测速模型，分别对GPS、BDS、GPS/BDS以及GPS与BDS中不同类别卫星组合测速，并分类进行比较。GPS/BDS组合可以有效改善卫星空间几何分布，测速误差明显减小，但较GPS载波相位时间差分测速波动大，可能是由于接收到的BDS数据存在问题。之后对不同类型BDS卫星分别与GPS进行融合，发现GEO/IGSO/MEO这三类北斗卫星都可以有效的增强测速的稳定性与提高测速精度。 （3）研究了接收机仅接收三颗GNSS卫星时，在GNSS载波相位时间差分测速的原理和算法的基础上，添加大地高辅助测速算法，能够在短时间内利用GPS、BDS、GPS/BDS得到保持在10m级的定位精度，实现了多系统三星测速。利用GPS、BDS、GPS/BDS都可以分别将东、北、天三个方向上的测速精度保持在dm/s级。 （4）在对其进一步研究发现，在三星GNSS载波相位差分测速模型的基础上，通过添加预测钟差二项式拟合模型，可以求解在双星、单星以及卫星全遮蔽条件下载体速度，通过实验分析可得双星GNSS载波相位差分测速，在60s以内利用GPS、BDS、GPS/BDS可以得到dm/s级测速精度，精度保持时间较短，仅能维持60s，超出部分误差迅速增高。单星测速以及卫星全遮蔽条件下速度预测，虽然能够在60s内计算出载体速度，但仅能计算短时间匀速运动，对于变速运动，并不能得到精度较高的速度值，缺少约束条件。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2.1 国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3研究内容及组织结构

2 载波相位测速原理

2.1 单点定位模型

2.2载波相位时间差分测速原理

2.3周跳探测

2.4 载波相位时间差分测速的误差源

2.4.1卫星和接收机的位置误差

2.4.2卫星钟误差

2.4.3电离层延迟误差

2.4.4对流层延迟误差

2.5 静态测速分析

2.6本章小结

3 单点测速模型比较与精度分析

3.1多普勒测速

3.1.1原始多普勒测速原理

3.1.2导出多普勒测速原理

3.2位置中心差分测速

3.3测速原理对比分析

3.4静态测速精度对比

3.5动态测速精度对比

3.6本章小结

4 GNSS多系统组合动态测速

4.1 GNSS多系统测速

4.2 GNSS多系统组合测速

4.3 GNSS多系统组合测速精度分析

4.4 GPS、BDS、GPS/BDS组合测速精度分析

4.4.1 可见卫星数与PDOP值

4.4.2 精度分析

4.5 不同类型BDS与GPS组合测速

4.6单类型BDS与GPS组合测速精度比较

4.6.1可见卫星数与PDOP值

4.6.2 测速精度分析

4.7 双类型BDS与GPS组合测速精度比较

4.7.1可见卫星数与PDOP值

4.7.2 测速精度分析

4.8本章小结

5城区卫星数受限下实时GNSS载波相位测速

5.1城区特殊环境下情况分析

5.2卡尔曼滤波法

5.3 联合大地高测速法

5.4接收机点位误差精度评定

5.5点位误差对速度测量的影响

5.6 多系统三星测速

5.7 多系统双星测速

5.7.1 钟差预测模型

5.7.2 双星测速实验

5.8 多系统单星测速

5.9 卫星全遮蔽条件下速度预测

5.10 本章小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

作者简历

学位论文原创性声明

学位论文数据集