文献综述(或调研报告):
全球导航卫星系统定位是利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间等观测量来定位接收机的位置,同时还必须知道用户钟差。随着全球定位系统技术(GNSS)的发展,特别是我国的北斗卫星导航系统(BDS)正式对亚太地区提供无源定位、导航、授时服务,多系统GNSS融合应用将成为GNSS 导航定位的主要发展趋势之一。多系统组合相比单系统在可用性、可靠性、精度等方面具有明显的优势[1]。多系统组合可以减小单系统的系统误差,增加可视卫星数目,有助于改善卫星系统的几何分布结构,不仅提高了系统的精度及稳定性,而且能够提升城市和山区等遮挡严重的复杂环境的连续定位性能。
多GNSS系统融合进行伪距单点定位,首先用将时间基准与坐标基准相统一,例如,北斗卫星导航系统采用北斗时间系统(BDT),起点为2006年1月1日的UTC零点,溯源于协调世界时UTC,与UTC之间存在跳秒改正差,与UTC的偏差保持在1us以内,GPST时原点为1980年1月1日0时的UTC,BDT-UTCasymp;(TAI-UTC)-32s。北斗卫星导航系统与GPS组合定位时,要统一时间基准到GPST。此外,北斗卫星导航系统采用2000中国大地坐标系,GPS采用的是WGS-84坐标系,它们都是依靠IERS定义的ITRS坐标框架。WGS-84坐标系最初的精度约1m,经过两次精化后,精度已达2cm,与ITRF的精度基本一致。CGCS2000由国内GPS连续运行参考站、空间大地网和天文大地网3个层次的站网坐标(和速度)体现,也是地心坐标系,与ITRF的一致性约5cm。因此,WGS-84与CGCS2000坐标系差异在厘米级,对精度要求不高的用户而言,不需要进行坐标转换。但对于高精度用户,则必须考虑两者的转换关系[2]。
导航定位是以卫星为已知的基准点(可理解为动态空中后方距离交会),通过测量站星间的距离,结算用户的位置。因此,用户接收机在获得导航电文中的轨道参数后,就要首先计算卫星的位置和速度。首先按“二体问题”公式计算轨道参数;然后,根据导航电文给出的轨道摄动参数,进行摄动修正,计算修正后的轨道参数;继而计算卫星在轨道坐标系的坐标;最后,仅顾及地球自转的影响,将轨道坐标系转换为WGS-84坐标系。
此外,在高精度的GPS测量特别是精密单点定位中,与地球整体运动有关的地球潮汐、负荷潮及相对论效应等的影响,是导致其误差的不可忽视的原因。其中,与卫星有关的误差主要包括卫星星历误差、卫星钟误差等。有星历计算得到的卫星空间位置与实际位置之差称为卫星星历误差[4]。卫星星历是由地面监控站跟踪监测卫星求定的。由于卫星运行中要受到多种摄动力的复杂影响,而通过地面监控站又难以充分可靠地测定这些作用力或掌握其作用规律,因此在星历预报时会产生较大的误差。它严重影响了单点定位的精度。解决星历误差的方法主要有:(1)建立区域性卫星跟踪网(2)轨道松弛法(3)同步观测值求差。与卫星信号传播有关的误差有电离层折射误差。对流层折射误差和多路径效应误差。减小其误差的方法可利用电离层改正模型加以改正[6]。
另外,不同类型的导航信号在卫星和接收机不同通道产生的时间延迟(或硬件延迟)并不完全一致,由此产生的两类导航信号之间的时延差异称为差分码偏差[5,7]。其中,同一频率不同类型测距信号之间的DCB称为频内偏差,不同频率不同类型测距信号之间的DCB称为频间偏差。卫星和接收机DCB是GNSS电离层总电子含量计算必须扣除的误差。同时,由于GNSS卫星钟差参数基准通常定义在某一个指定观测量或某两个频率的消电离层组合观测量上,使用不同于钟差参数基准的观测量时,需引入DCB参数进行卫星硬件时延偏差改正[3]。
最后,根据伪距法绝对定位原理,考虑电离层、对流层、DCB等因素的影响,在某时刻观测多个数量的卫星,采用间接平差法计算接收机的位置坐标的最或然值。
参考文献:
[1]蔡昌盛,戴吾蛟,匡翠林,朱建军.单频GPS/GLONASS组合单点定位的精度评估[J].大地测量与地球动力学,2011,31(03):85-89.
[2]陆亚峰,楼立志,马绪瀛,蒋海林.北斗与GPS组合伪距单点定位精度分析[J].全球定位系统,2013,38(06):1-6.
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