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原文传递进一步提高GPS应用定位精度的理论和方法研究

论文题名：	进一步提高GPS应用定位精度的理论和方法研究
关键词：	车载定位;全球定位系统;航位推算;GPS多径误差;差分定位
摘要：	GPS(Globle Positioning System，全球定位系统)是一种高精度、全天候、高效率的定位系统，越来越多的行业利用GPS获取空间位置信息，但在定位精度和获取方式上存在多种需求。交通行业中车辆定位的精度要求不高，一般采用单点定位(10m左右精度)技术即可，但受城市高层建筑和立体式交通的影响，单纯GPS定位不能提供稳定的定位精度和可靠性。土地调查行业中土地利用现状变更和更新调查的定位精度要求达到亚米级到厘米级，并且需要实时定位。在大多数的应用中，GPS定位结果还需要进行坐标转换，使得测量结果与原有地图信息保持坐标系统的一致性。针对车载定位和土地调查中不同需求的GPS应用问题，本文致力于研究城市复杂环境下的车载GPS组合定位技术及系统、农村土地调查用基于GPRS(General Packet Radio Service，通用无线分组业务)的实时GPS差分定位技术及系统及坐标转换技术，具体研究内容如下：研究城市复杂环境下的车载GPS组合定位技术及系统。基于GPS、DR(Dead Reckoning，航位推算)、DB(Digital Beacon，数字信标)和MM(Map Matching，地图匹配)等技术，研究组合定位技术及系统，实现城市车载“无盲区”高精度定位。设计简单实用的GPS/DR组合定位系统。研究利用GPS定位、道路数据库、车速等信息，实现了车载陀螺零漂及标度因子、里程标度因子等参数的实时自动标定，试验表明该方法能够提高DR系统的定位精度及可靠性。研究基于改进概率估计地图匹配技术的DR/MM定位技术，采用MM定位结果及道路网络数据库在车辆直行、拐弯时实时反馈修正DR累积误差，减小概率估计地图匹配的误差置信区域，提高匹配精度，跑车实验表明该方法效果良好。GPS多径误差是影响定位精度的重要误差源，利用前一时刻MM定位位置及道路网络数据库信息推算下一时刻位置，与当前GPS定位结果应用神经元方法实时辨识GPS多径误差，测试表明该方法能有效地剔除多径误差。设计了香港AVLS(Automatic Vehicle Locationing System，自动车辆定位系统)工程的GPS/DR/MM/DB全组合软、硬件系统，解决了异地初始开机、DR轨迹奇异、非露天停车场定位等工程化问题。在香港的大量道路测试表明该系统至少能连续定位15分钟以上(持续期间内无GPS、DBT参照)且保证定位精度≤20m。研究基于GPRS的实时GPS差分定位技术及系统。采用实时GPS差分技术，利用PDA(PersonalDigital Agent，个人数字助理)等便携式掌上设备作为移动存贮显示终端，实现对调查对象几何位置的高精度现场采集。分析了现有无线数据传输模式的传输速率、使用成本等，选择GPRS作为差分改正信息传输链路。设计了实时差分GPS系统总体结构及系统数据流。研究了实时差分GPS定位原理及RTCM(Radio Technical Committee for Marine Services，海运事业无线电技术委员会)差分协议标准，推导了移动站利用RTCM进行RTD(Real Time Differential，伪距差分)及RTK(Real Time Kinematic，载波相位差分)解算的过程。开发了一套利用GPRS网络传输差分改正信息的实时DGPS系统移动终端。在PDA嵌入式系统上采用命令模式封装用户界面交互，策略模式实现可互换的电文解析算法族，工厂模式管理网络通讯配置，访问者模式与四义树结构相结合优化显示策略，实际使用效果表明大大降低了系统各模块之间的耦合度，提高了系统的可扩展性。研究NRTK(Network RTK，网络RTK)差分原理，分析了NTRIP(Networked Transport of RTCM via Internet Protocol，网络RTCM传输协议)协议，采用协议顺从的方式，实现移动站接入网络差分系统。设计了基于GR64的专用工业级数据传输模块，突破常规GPS接收机接入网络差分系统的技术瓶颈，通讯链路测试结果表明实时性满足要求，性能稳定。将该模块与GPSOEM集成实现了RTD和RTK实时差分移动站。通过在全国九省(市)土地调查试点的大量测试及实际应用表明两种系统在单基站和网络差分两种模式中均可以达到亚米级和厘米级定位精度，运行稳定可靠。研究坐标转换和已知点兼容性检验。为满足WGS-84坐标系下的GPS定位成果转换成参考坐标系下的成果，研究平面坐标转换模型、计算方法及转换后的精度评定原则。若已知点含有粗差，将影响坐标转换的精度。分析了已有的利用GPS基线向量观测值检验方法、转换参数检验法及其他检验法进行已知点兼容性检验的优缺点。重点研究坐标转换已知点粗差与转换参数之间的关系及量级，粗差越大，粗差对转换参数的影响越大；测区越大，粗差对转换参数的影响越大，并提出基于原点向量不变性的已知点兼容性判别模型，分析结果表明该方法将已知点粗差的影响放大一个数量级，实现快速有效地粗差点剔除，提高坐标转换精度。
作者：	王慧青
专业：	精密仪器及机械
导师：	王庆
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文