多星座CORS混合觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)位置服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著GNSS技術(shù)在地球物理、大地測(cè)量等方向的深入研究和應(yīng)用，國(guó)內(nèi)以中國(guó)大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和各省級(jí)CORS為代表的各行業(yè)和區(qū)域CORS網(wǎng)絡(luò)相繼建成，并已覆蓋我國(guó)大部分地區(qū)。CORS站已經(jīng)成為空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，并激起了廣域范圍厘米級(jí)實(shí)時(shí)位置服務(wù)研究熱潮;但是由于應(yīng)用目標(biāo)的差異，各CORS對(duì)GNSS接收機(jī)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)境等的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不一，以網(wǎng)絡(luò)RTK應(yīng)用為代表的CORS網(wǎng)實(shí)時(shí)服務(wù)相關(guān)應(yīng)用很少將不同CORS網(wǎng)混合應(yīng)用。

2、　　近年來(lái)，中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組網(wǎng)不斷完善，GPS/BDS/GLONASS三星系統(tǒng)目前在亞太地區(qū)平均可觀測(cè)的GNSS衛(wèi)星數(shù)已經(jīng)多于25顆。為了進(jìn)一步改善CORS站觀測(cè)質(zhì)量和位置服務(wù)能力，部分CORS網(wǎng)正在或者正準(zhǔn)備對(duì)現(xiàn)有站點(diǎn)進(jìn)行BDS升級(jí)，而其他CORS網(wǎng)出于建設(shè)成本和應(yīng)用目的考慮，未進(jìn)行或者只對(duì)部分站點(diǎn)進(jìn)行了升級(jí)。這種測(cè)站間可用星座的差異進(jìn)一步加大了多星座CORS觀測(cè)網(wǎng)混合應(yīng)用的難度。
　　隨著物聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展，支持廣域范圍、

3、海量用戶的分米級(jí)和厘米級(jí)高精度位置服務(wù)需求越趨強(qiáng)烈;《國(guó)家衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》也明確指出，到2020年，我國(guó)的衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超過(guò)4000億元。屆時(shí)，單獨(dú)依靠某個(gè)部門的資源將很難滿足產(chǎn)業(yè)需求，整合現(xiàn)有CORS資源已經(jīng)成為當(dāng)前GNSS位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要課題。
　　然而，實(shí)際應(yīng)用情況不容樂(lè)觀。首先，目前仍然缺乏一套有效管理所有CORS站的方案;其次，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)系統(tǒng)在接收機(jī)和天線多樣化、通訊和觀測(cè)條件復(fù)雜的混合觀

4、測(cè)網(wǎng)應(yīng)用中的表現(xiàn)并不理想，且在兼容BDS網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)方面仍有不足。相關(guān)課題仍需進(jìn)一步研究。
　　為了適應(yīng)當(dāng)前GNSS位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加強(qiáng)BDS/CORS網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)位置服務(wù)應(yīng)用，本文圍繞多星座CORS混合觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)位置服務(wù)中涉及的GNSS觀測(cè)模型與誤差分析、混合觀測(cè)網(wǎng)的組網(wǎng)與解算策略、VRS技術(shù)和GNSS觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)位置服務(wù)的性能監(jiān)測(cè)等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，并取得了部分成果，可以為多星座CORS混合觀測(cè)網(wǎng)應(yīng)用提供了理論參考。

5、>　　文中首先結(jié)合GNSS各星座系統(tǒng)、國(guó)內(nèi)CORS觀測(cè)網(wǎng)，以及實(shí)時(shí)位置服務(wù)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了多星座觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)位置服務(wù)實(shí)現(xiàn)的可行性;根據(jù)當(dāng)前我國(guó)GNSS技術(shù)革新與產(chǎn)業(yè)升級(jí)的現(xiàn)實(shí)需求，論述了多星座CORS混合觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)理論研究的現(xiàn)實(shí)意義;并進(jìn)一步概括了多星座觀測(cè)網(wǎng)位置服務(wù)相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀，及其在大型混合觀測(cè)網(wǎng)和海量用戶服務(wù)環(huán)境下的不足。
　　在此基礎(chǔ)上，論文主體由GNSS觀測(cè)模型展開(kāi)，詳細(xì)介紹了GNSS觀測(cè)方程及觀測(cè)值的線性組合;并基于G

6、NSS相對(duì)定位幾何模型，提出了一種新的GNSS相對(duì)定位解算模型，該模型具有最小二乘解算過(guò)程中系數(shù)陣保持不變的特性，在多星座GNSS相對(duì)定位時(shí)的解算效率將明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的一階泰勒展開(kāi)式模型。
　　圍繞雙差觀測(cè)中的空間距離相關(guān)誤差和非空間距離相關(guān)誤差，詳細(xì)描述了各項(xiàng)誤差的特性，并針對(duì)厘米級(jí)RTK定位需求介紹了相應(yīng)的處理方案。值得一提的是，雙差電離層的時(shí)空特性顯示，即使在低緯度地區(qū)，夜間12點(diǎn)到次日8點(diǎn)期間電離層變化穩(wěn)定，對(duì)雙差觀測(cè)的影響

7、在1IDU左右，可以忽略其對(duì)寬巷組合觀測(cè)的影響;根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，有助于處理硬件延遲和多路徑延遲等與頻率相關(guān)的誤差。
　　在觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方面，針對(duì)多星座CORS混合觀測(cè)網(wǎng)內(nèi)各CORS站支持的GNSS星座存在差異，提出了按星座系統(tǒng)構(gòu)網(wǎng)解算和生成虛擬觀測(cè)值的思路，可有效避免各星座產(chǎn)生服務(wù)盲區(qū);同時(shí)，為快速添加參考站，改善區(qū)域RTK服務(wù)質(zhì)量，提出了基于GNSS觀測(cè)網(wǎng)現(xiàn)有空間誤差改正模型，快速解算新增站點(diǎn)精確坐標(biāo)的方法，可以與中央差分技術(shù)結(jié)

8、合提高站點(diǎn)的坐標(biāo)解算效率;并提出了CORS網(wǎng)型結(jié)構(gòu)因子的概念，針對(duì)空間誤差改正，定量地描述參考站網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)形結(jié)構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)RTK定位性能的影響，對(duì)于CORS網(wǎng)優(yōu)化和網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)性能評(píng)價(jià)給出了理論和實(shí)用化的技術(shù)指標(biāo)。
　　在網(wǎng)絡(luò)解算方面，提出了基于寬巷組合綜合誤差改正模型，快速確定寬巷模糊度的方法。針對(duì)CRTN、JDCORS和HKCORS分別代表的中緯度沿海地區(qū)、中緯度內(nèi)陸地區(qū)和低緯度地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)分析，結(jié)果顯示測(cè)試區(qū)域的寬巷組合綜合誤差

9、的內(nèi)插精度優(yōu)于0.3周，只需少量測(cè)站即可滿足全網(wǎng)寬巷組合綜合誤差的內(nèi)插需要。采用該方法，GNSS混合觀測(cè)網(wǎng)中只需要考慮部分測(cè)站的偽距多路徑和GLONASS偽距頻間偏差影響，可以有效提高CORS網(wǎng)絡(luò)解算效率和可靠性，降低觀測(cè)網(wǎng)其他測(cè)站的偽距質(zhì)量要求，降低GNSS觀測(cè)網(wǎng)的建設(shè)成本。
　　為適應(yīng)海量用戶需求，提出了虛擬單基站網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)模式，可以與普通單基站應(yīng)用兼容。實(shí)驗(yàn)以站間距所引起的基線分量誤差小于1cm2為例，得到JDCORS和HK

10、CORS兩個(gè)CORS網(wǎng)的虛擬單基站的站間距分別可以達(dá)到3公里（南北方向）、4公里（東西方向）和0.2公里（南北方向）、2公里（東西方向），從而只需構(gòu)建少量的虛擬單基站即可滿足服務(wù)需求。
　　在CORS網(wǎng)位置服務(wù)性能檢測(cè)方面，結(jié)合時(shí)滯分析和形態(tài)學(xué)濾波提出了一種三差殘差預(yù)測(cè)方法，可監(jiān)測(cè)地表突變對(duì)CORS網(wǎng)位置服務(wù)坐標(biāo)框架的影響。利用2013年蘆山Ms7.0級(jí)地震期間四川省地震局GNSS觀測(cè)網(wǎng)的部分測(cè)站數(shù)據(jù)進(jìn)行模式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)果顯示該方