BDS-GPS-GLONASS高精度差分定位與RAIM算法研究.pdf

1、中國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(Global Navigation Satellite system，GNSS)的重要組成部分，預計2020年前后完成覆蓋全球的目標。自2012年底BDS亞太區(qū)域系統(tǒng)正式投入運行以來，在國民經(jīng)濟、國防建設等領域發(fā)揮了重大作用，擺脫了對其他GNSS系統(tǒng)的依賴。
　　BDS在完成全球覆蓋前，一方面，加強與國際GNSS

2、系統(tǒng)間的兼容和互操作，進一步提高BDS的定位精度，同時加快BDS的迅猛發(fā)展和全球建設步伐;另一方面，處于特殊環(huán)境下的GNSS單星座系統(tǒng)可見衛(wèi)星數(shù)不足，存在定位精度有限甚至有服務中斷的風險;更為重要的是，GNSS單系統(tǒng)穩(wěn)定性不強、自主安全性差，一旦拒絕提供服務用戶則無能為力。而通過GNSS系統(tǒng)融合，能夠克服對單一星座的依賴，一旦出現(xiàn)衛(wèi)星故障或定位誤差超限，利用完備性監(jiān)測(Integrity Monitoring)能夠及時向用戶發(fā)出報警并對

3、粗差信息進行剔除。特別是在動態(tài)導航定位中，基于融合系統(tǒng)充足的冗余觀測信息，對接收機自主完備性監(jiān)測（Receiver Autonomous Integrity Monitoring，RAIM）的研究非常有利。所以，對GNSS融合定位及RAIM算法進行研究，能夠提高系統(tǒng)的可用性、穩(wěn)定性、可靠性和安全性，從而為用戶提供更好的定位、導航和授時(Positioning，Navigationand Timing，PNT)服務。
　　本文以高精

4、度和完備性為原則，基于完善的CORS基準站數(shù)據(jù)，對BDS/GPS/GLONASS差分網(wǎng)定位及RAIM算法進行了詳細的研究，并通過CORS站實測數(shù)據(jù)對融合定位性能和車載動態(tài)RAIM算法進行了大量試驗分析，得到一些有益的結論。本文主要的研究內容和研究成果如下:
　　1.BDS、GPS、GLONASS各系統(tǒng)衛(wèi)星星座類型和空間布局不盡相同，以及各系統(tǒng)的播發(fā)的導航電文信息并不一致，為得到空間衛(wèi)星位置，通過對各系統(tǒng)詳細的研究分析，利用開普勒軌

5、道參數(shù)、龍格庫塔軌道積分等計算方法，解決了不同星座不同衛(wèi)星類型空間位置計算的難題，為導航定位提供最基礎保障;
　　2.分析了導航定位中涉及的電離層、對流層延遲，衛(wèi)星鐘差，接收機鐘差，多路徑效應等誤差影響及其改正方法，并對差分網(wǎng)定位涉及的誤差進行相應的改正，為BDS/GPS/GLONASS高精度定位打下堅實的基礎;
　　3.BDS、GPS、GLONASS分別由中國、美國、俄羅斯三個不同國家獨立建立，自主控制，各自擁有相對獨立的

6、時間和坐標系統(tǒng)。為解決BDS、GPS、GLONASS統(tǒng)一的時空基準，本文通過各時間和坐標系統(tǒng)間的公共變量，建立相應的時間系統(tǒng)轉換關系及坐標系統(tǒng)轉換參數(shù)，實現(xiàn)了三系統(tǒng)時間和坐標系統(tǒng)的統(tǒng)一;
　　4.基于現(xiàn)有各省市建立的完善CORS基準站資源，利用偽距信息，構建多基準站BDS/GPS/GLONASS高精度差分網(wǎng)數(shù)學模型。通過合理的選取試驗區(qū)域，在不影響現(xiàn)有GPS CORS網(wǎng)正常工作的前提下，在四川省、廣西壯族自治區(qū)建立BDS/GPS/

7、GLONASSCORS試驗網(wǎng)，為避免融合系統(tǒng)定位結果的偶然性，分別利用多天多地實測數(shù)據(jù)重復對融合系統(tǒng)差分網(wǎng)定位性能進行了詳細的研究和分析;
　　5.RAIM作為保證GNSS系統(tǒng)可靠性、安全性的有效措施，對導航定位用戶，特別是實時動態(tài)導航定位用戶非常重要。本文通過在四川省、浙江省進行的高速車載動態(tài)試驗，對BDS/GPS/GLONASS融合系統(tǒng)的RAIM算法進行了詳細的分析研究，為導航定位用戶的安全性和可靠性提供重要保障。
　　

8、本文通過對在四川省、廣西壯族自治區(qū)的BDS/GPS/GLONASS CORS站24小時靜態(tài)數(shù)據(jù)試驗，結果表明，三融合系統(tǒng)可見衛(wèi)星數(shù)平均達到23.5顆，有效改善了空間衛(wèi)星分布，表征定位精度的DOP值明顯下降，其中平面精度因子(HDOP)從單系統(tǒng)的3.0左右下降到1.8左右;融合系統(tǒng)的平面和高程定位精度均達到分米級(dm)，北、東、天各分量定位結果的殘差中誤差(RMS)分在20dm、15dm、25dm左右，滿足導航定位用戶利用低成本偽距信息

9、，實現(xiàn)分米級高精度定位的要求。四川省、浙江省BDS/GPS/GLONASS高速車載動態(tài)RAIM試驗結果表明，加有RAIM和無RAIM的平面定位結果均能達到分米級，但無RAIM算法時，定位結果大于1m的歷元數(shù)在6％左右;而實時加入RAIM后大于1m的比例僅為0.5％左右，99.5％的分米級導航定位精度為用戶的安全性提供充分保障。綜合CORS靜態(tài)和RAIM動態(tài)試驗可以說明，融合三系統(tǒng)較單系統(tǒng)有效提高了系統(tǒng)的定位精度和系統(tǒng)的可靠性，RAIM算