BDS单历元差分定位算法研究

摘要

2012年12月27日，中国北斗二代卫星导航系统（BDS）正式为亚太区域用户提供定位导航授时（positioning、navigation and timing，PNT）以及短报文通信服务，预计到2020年BDS将实现全球组网并提供全球PNT服务。目前，我国的北斗卫星导航系统已经正式提供区域服务，研究北斗实时精密定位理论与算法，对BDS实时高精度定位服务具有重要意义。本文对BDS单历元差分定位的理论与算法进行了深入研究，重点研究了短基线单历元差分定位法方程病态性和部分模糊度固定问题。对于短基线单历元差分定位法方程病态性问题，本文先用正则化方法来改善法方程的病态问题，进而使用LAMBDA方法进行模糊度搜索，以得到可靠的固定解；针对部分模糊度方差较大，难以正确固定的问题，本文采用部分模糊度固定策略来控制非最优模糊度的影响。接下来，本文综合使用正则化方法和部分模糊度固定策略，可以使得北斗系统定位解算精度在平面和高程上均优于2cm；最后，对北斗单历元差分定位性能进行了初步评估，结合正则化方法和部分模糊度固定策略编写了一套差分定位软件，与某滑坡的实时监测软件解算结果进行对比验证了本软件的正确性。
　　本研究主要内容包括：⑴介绍了BDS单历元差分定位的基础理论。阐述了 BDS单历元差分定位的常用随机模型和常用函数模型，分析了 BDS单历元差分定位的误差源及其处理策略，并对两种常用的参数估计方法进行了简要介绍。⑵针对BDS单历元差分定位技术的病态问题，首先介绍了 BDS单历元差分定位技术，然后分析了单历元双差法方程病态问题，给出了病态问题的原因及诊断方法，运用了有偏估计和病态观测方程的直接解算两种方法解算病态问题。最后，本文结合这两种解法，采用Tikhonov正则化方法改善快速定位中BDS单历元双差法方程的严重病态的问题，合理选取了正则化参数与正则化矩阵，改善了最小二乘（LS）模糊度精度较差且协方差相关性强问题，提高了模糊度浮点模糊度的精度，进而利用LAMBDA方法进行模糊度搜索，确定正确的模糊度值。⑶针对部分模糊度参数精度较差，正确固定其模糊度较为困难，同时，精度较差的模糊度将会影响整体模糊度的固定，因此利用部分模糊度固定方法，该方法能够有效抑制非最优模糊度的干扰，提高模糊度固定的正确性。最后，综合运用正则化方法和部分模糊度固定策略，将自主开发的软件计算的结果与该滑坡实时监测软件的解算结果进行了对比分析，验证了所提方法的性能和精度，为BDS单历元差分定位在变形监测、准动态定位以及姿态确定等方面提供参考。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 背景

1.2 研究现状及存在的问题

1.3 研究目的及主要内容

第二章 BDS差分定位的相关理论

2.1 BDS单历元差分定位的数学模型

2.2 BDS单历元差分定位的误差改正模型

2.3 参数估计

2.4 本章小结

第三章 BDS单历元差分定位技术及病态问题

3.1 BDS单历元差分定位技术

3.2 单历元双差法方程病态问题的解法

3.3 算例分析

3.4 本章小结

第四章 BDS单历元模糊度解算方法

4.1 模糊度固定

4.2 部分模糊度解算

4.3 算例分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2展望

攻读硕士学位期间的主要研究成果

参考文献

致谢