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原文传递北斗三频在无线差分信标台定位中的应用研究

论文题名：	北斗三频在无线差分信标台定位中的应用研究
关键词：	卫星导航系统;差分信标台;北斗三频数据;定位模型;内河航线
摘要：	无线差分信标台定位技术是为解决传统手段无法满足水面定位的精度需求而产生的新技术，但是大多数的差分信标台建立在沿海一带，为海洋行船提供定位辅助。为解决内河船只水上定位问题，2014年东南大学联合长江航道局建立了一座北斗/GPS双模双频差分信标台，其信号可覆盖九江至南京的300km范围，提供平面米级的定位精度，可以满足长江航道段的航行需求。但是该信标台目前只能发送双频信号，本文研究北斗三频数据如何应用至差分信标台，提供更高的定位精度，本研究对于提升信标台的应用价值，扩展北斗系统的定位手段具有重要意义。本文提出了一种新的三频数据进行超宽巷、宽巷组合的定位模型，并使用实验数据进行定位解算验证该方法的可行性。本文的主要研究内容及结论如下: 　　(1)基于北斗系统在差分信标台中的应用，阐述了信标差分定位原理并分析了北斗多频数据在信标差分定位中具备的优势。本文系统阐述了北斗系统的定位基础理论，对北斗系统的发展历程，特别是北斗三代卫星开始进行组网后的星座结构、信号特征、坐标系统和时间系统进行阐述;全面系统地论述了稠林矶北斗/GPS双模差分信标台的系统组成，结构功能和创新特色，详细阐述了信标台差分定位系统的运行流程。　　(2)基于北斗系统差分定位模型在信标台定位中的应用，研究分析了单频、双频相位组合模型对于信标台定位精度的提升。全面论述了北斗差分定位的数学模型，分析了定位中产生的误差并介绍了误差项的部分改正模型;阐述信标差分定位的原理与定位模型，并研究了使用载波相位平滑基准站的伪距改正值以提高用户站的定位精度的理论;基于信标台中双频数据的应用，研究双频组合定位模型（宽巷组合、无电离层组合以及MW组合），对不同组合观测值的定位模型、组合波长、定位精度、误差大小进行分析，并通过两组数据(8 cm和164.5km)使用单频相位平滑伪距差分定位以及双频无电离层组合方法进行对比分析，测试结果表明:零基线(8 cm)的定位中，双频无电离层组合的平面精度是1.3 cm，单频平滑伪距差分定位精度是2.8 cm，考虑到零基线条件下两站之间距离极小，两种方式的定位精度相差不大;在长基线(164.5 km)下双频组合定位精度是0.905m，单频定位精度是1.029 m，可以明显看出，长距离下双频平滑定位精度优于单频。　　(3)结合信标台差分定位系统，提出了一种使用北斗三频数据进行差分定位的方法。对基准站的载波相位观测值进行宽巷及超宽巷组合求解模糊度，保留计算过程中的两个小数偏差;使用基准站已有的精确坐标，对固定模糊度后的观测值进行无电离层组合，解算组合中产生的总体偏差;将两个小数偏差部分和无电离层组合中的总体偏差发送至用户站;在用户站同样进行载波相位观测值的超宽巷、宽巷组合，应用来自基准站得到的小数偏差固定模糊度;使用总体误差对用户站的无电离层组合观测值进行改正，对改正后的观测值进行定位解算。通过零基线和长基线下的两组数据进行定位模型的精度分析。第一组选择短距离的数据(8 cm)进行超宽巷、宽巷组合定位，平面定位中误差为1.2 cm，与双频无电离层组合观测值定位中误差1.3 cm相当，平面方向提高了2.0％，精度略有提升;高程定位中误差为0.5 cm，优于双频组合定位的高程中误差2.7 cm，高程方向提高了80.0％;第二组选择长基线的数据(164.5 km)进行对比，超宽巷、宽巷组合平面定位中误差为39.1 cm，优于双频组合定位中误差90.5 cm，平面方向提高了56.0％;高程定位中误差为64.67 cm，优于高程定位中误差82.47 cm，高程方向提高了21.0％。实验结果表明使用超宽巷、宽巷组合进行基准站-用户站模式的长距离差分定位可以有效提高基于信标台的差分定位精度。
作者：	郭奇
专业：	测绘科学与技术；大地测量学与测量工程
导师：	高成发
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文