多星座CORS混合觀測網(wǎng)絡(luò)實時位置服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著GNSS技術(shù)在地球物理、大地測量等方向的深入研究和應(yīng)用，國內(nèi)以中國大陸構(gòu)造環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和各省級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實時位置服務(wù)研究熱潮;但是由于應(yīng)用目標(biāo)的差異，各CORS對GNSS接收機設(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)實時服務(wù)相關(guān)應(yīng)用很少將不同CORS網(wǎng)混合應(yīng)用。

2、　　近年來，中國北斗衛(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)平均可觀測的GNSS衛(wèi)星數(shù)已經(jīng)多于25顆。為了進一步改善CORS站觀測質(zhì)量和位置服務(wù)能力，部分CORS網(wǎng)正在或者正準(zhǔn)備對現(xiàn)有站點進行BDS升級，而其他CORS網(wǎng)出于建設(shè)成本和應(yīng)用目的考慮，未進行或者只對部分站點進行了升級。這種測站間可用星座的差異進一步加大了多星座CORS觀測網(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、海量用戶的分米級和厘米級高精度位置服務(wù)需求越趨強烈;《國家衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》也明確指出，到2020年，我國的衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)規(guī)模將超過4000億元。屆時，單獨依靠某個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，實際應(yīng)用情況不容樂觀。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)在接收機和天線多樣化、通訊和觀測條件復(fù)雜的混合觀

4、測網(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BDS/CORS網(wǎng)絡(luò)實時位置服務(wù)應(yīng)用，本文圍繞多星座CORS混合觀測網(wǎng)絡(luò)實時位置服務(wù)中涉及的GNSS觀測模型與誤差分析、混合觀測網(wǎng)的組網(wǎng)與解算策略、VRS技術(shù)和GNSS觀測網(wǎng)絡(luò)位置服務(wù)的性能監(jiān)測等關(guān)鍵技術(shù)進行了深入研究，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)、國內(nèi)CORS觀測網(wǎng)，以及實時位置服務(wù)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了多星座觀測網(wǎng)絡(luò)位置服務(wù)實現(xiàn)的可行性;根據(jù)當(dāng)前我國GNSS技術(shù)革新與產(chǎn)業(yè)升級的現(xiàn)實需求，論述了多星座CORS混合觀測網(wǎng)絡(luò)理論研究的現(xiàn)實意義;并進一步概括了多星座觀測網(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觀測模型展開，詳細介紹了GNSS觀測方程及觀測值的線性組合;并基于G

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

7、在1IDU左右，可以忽略其對寬巷組合觀測的影響;根據(jù)這個特點，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。
　　在觀測網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方面，針對多星座CORS混合觀測網(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值的思路，可有效避免各星座產(chǎn)生服務(wù)盲區(qū);同時，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觀測網(wǎng)現(xiàn)有空間誤差改正模型，快速解算新增站點精確坐標(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)對網(wǎng)絡(luò)RTK定位性能的影響，對于CORS網(wǎng)優(yōu)化和網(wǎng)絡(luò)RTK服務(wù)性能評價給出了理論和實用化的技術(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)進行試驗分析，結(jié)果顯示測試區(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混合觀測網(wǎng)中只需要考慮部分測站的偽距多路徑和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，降低觀測網(wǎng)其他測站的偽距質(zhì)量要求，降低GNSS觀測網(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。實驗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CORS網(wǎng)的虛擬單基站的站間距分別可以達到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)性能檢測方面，結(jié)合時滯分析和形態(tài)學(xué)濾波提出了一種三差殘差預(yù)測方法，可監(jiān)測地表突變對CORS網(wǎng)位置服務(wù)坐標(biāo)框架的影響。利用2013年蘆山Ms7.0級地震期間四川省地震局GNSS觀測網(wǎng)的部分測站數(shù)據(jù)進行模式實時監(jiān)測，結(jié)果顯示該方