多系统多频GNSS基线解算原理及其软件开发文献综述

 2022-10-29 08:10

文献综述(或调研报告):

1、引言

全球卫星导航定位系统GNSS(Global Navigation Satellite System),是能在地球表面任何地点,为用户提供全天候三维坐标以及时间与速度信息的无线电导航定位系统[1]。该系统包括了美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的GALILEO以及中国的北斗二代卫星导航系统(Compass)[2]。系统主要由空间卫星、地面监控和用户三部分组成。GNSS系统主要以卫星的导航定位为基础,如今通过互联网与移动通讯端的融合,已经渗透到许多新兴产业。

按照卫星定位原理的不同,卫星定位可以分为绝对定位和相对定位[3]。绝对定位是采用一台接收机进行定位的模式,主要通过卫星与接收机天线之间的距离观测量,确定接收机的三维坐标。这种定位模式的特点是作业简单,可单机作业,但易受各种误差影响。尽管某些误差可以通过模型进行求解或削弱,但其稳定性不高,且会导致误差残余过大,影响绝对定位的精度。而相对定位又称差分定位,是采用两台或者以上的接收机,同时对一组相同的卫星进行观测,以确定接收机天线之间的相互位置关系。这种定位模式通过接收机间与卫星星间作差,可以有效消除或削弱大部分的误差。相对定位模式的代表主要有静态基线解算和网络实时动态差分(Real-time Kinematic, RTK)。其中基线解算的关键,即利用载波双差观测方程,建立误差模型,以提高定位的精度。

近些年来,GNSS各系统正在进行不断完善和发展。而GNSS多频、多系统组合,可以为用户提供更多组合观测值,消除或削弱某些误差,提高整周模糊度的固定成功率。现今卫星导航领域正朝着多频多系统组合定位发展。而我国自主研发的北斗二代导航定位系统正在不断建设和完善中,其所具有的短报文通讯功能和卫星星座发射三频信号,将极大地丰富GNSS系统功能,到2020年,北斗将建成服务全球的卫星导航定位系统。

2、国内外研究现状

2.1 基线解算软件现状

目前,国际上广泛使用的GPS相对定位软件主要有GAMIT/GLOBK、Bernese、GIPSY/OASIS等[8]

GAMIT/GLOBK软件是美国麻省理工学院(MIT)和加州大学圣地亚哥分校Scripps海洋研究所(SIO)联合研制的GPS综合分析软件包,软件是基于UNIX系统的,对载波双差观测量采用最小二乘算法进行参数估计,可以消除卫星钟差和接收机钟差影响,同时减弱如大气折射误差、轨道误差等系统误差影响。Bernese是由瑞士BERNE大学研制的,软件包由十个独立的程序组成,各程序通过文件被有机的结合起来。该软件适用于多种计算机平台,功能强大,可以定位、定轨、估计地球自转参数等,同时吸纳了各种改善定位精度的方法。GIPSY/OASIS是由美国喷气推进实验室(JPL)基于VLBI数据分析软件而研制的,目前有UNIX和LINUX版本。其软件特点是,数据分析中,不取载波相位数据的双差,而是直接处理载波非差观测值。

而国内,主要有武汉大学自主研发的数据处理软件PANDA(Position And Navigation Data Analyst),该软件可实现对GPS卫星和低轨卫星的高精度定轨,精度达到cm级,地面跟踪网的相对定位可达mm级。该数据处理软件不仅可以应用于我国一系列的卫星计划;同时可以作为科学研究的平台,应用于地球动力学、大地测量学、气象学等科研领域。

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