三频GNSS精密定位理论与方法研究

黄令勇

1．中国天绘卫星中心，北京102102；2．地理信息工程国家重点实验室，陕西 西安710054

我国北斗系统的成功运行使三频GNSS定位技术得以真正使用。研究和拓展三频GNSS定位技术有利于进一步提高GNSS定位精度和效率。随着北斗系统的运行，可用导航卫星资源进一步增多，研究多GNSS组合定位算法，有利于进一步扩大GNSS应用范围。基于以上分析，本文主要针对三频GNSS精密定位理论与算法进行了深入研究，论文的主要成果和创新点如下：

（1）利用滑动多项式拟合改进了基于三频伪距／载波无几何组合的伪距观测精度估计算法，实现了单站单星伪距观测精度的实时估计；通过对伪距／载波无几何组合站间差分和历元差分，分析了基线两端接收机观测值的相关性和前后历元观测的时间相关性。基于3个线性无关的三频伪距／载波无几何无电离层组合，提出了可实现顾及观测值交叉相关性的伪距随机模型实时建模方法；而在假定载波相位观测独立等精度条件下，基于三频载波无几何无电离层组合同样实现了载波观测精度的实时估计。

（2）推导分析了基于三频组合观测提取伪距多路径的统一公式，对比分析了不同伪距／载波观测组合提取伪距多路径的效果，并得出了有益结论。提出了基于频间载波多路径组合削弱载波宽巷、超宽巷组合多路径的方法，可有效避免因宽巷、超宽巷观测值线性组合引起的载波多路径叠加，有利于提高基于宽巷、超宽巷载波观测组合定位的解算精度。

（3）针对三频TurboEdit周跳修复不准确的问题，借鉴模糊度搜索理论提出了基于自适应搜索的周跳修复算法，该算法无须考虑历元间电离层延迟变化，可自动调整周跳搜索范围；通过与周跳直接修复法和空间搜索法的比较发现，自适应搜索周跳修复算法受观测噪声等误差影响小，周跳修复准确性高。基于三频伪距／载波无几何无电离层和两次历元差分后的三频相位无几何两种组合，提出了削弱电离层延迟影响的三频TurboEdit算法和基于GIF组合的电离层周跳处理方法，试验结果表明以上两种方法均能实现2周内所有小周跳的探测与修复。

（4）基于HE－LLL规约提出了改进的BKZ格基规约算法，大幅提高了BKZ格基规约效率，从而有利于提高模糊度固定效率。基于实测数据验证分析了TCAR模糊度固定效果，并针对TCAR算法的不足，提出了基于KBootstrap搜索的TCAR改进算法。

（5）分析了影响中长基线模糊度固定的主要因素；采用理论推导证明了任意一个由两个超宽巷组合和一个窄巷组合构造的三频载波无几何无电离层组合中窄巷组合模糊度误差值均相等。基于三频伪距／载波无几何无电离层组合和三频载波无几何无电离层组合，提出了基于GIF组合的中长基线三频模糊度快速解算方法，该方法能够有效削弱中长基线电离层延迟误差对模糊度固定的影响，提高了模糊度固定的准确性。

（6）在研究分析了多GNSS组合导航定位观测模型和Kalman滤波实时动态参数解算方法的基础上，利用实测数据对卫星遮挡条件下多GNSS动态RTK和多GNSS组合精密单点定位性能进行了系统分析，得出了以下结论：多GNSS组合可增加卫星可观测数目，提高导航定位精度；3系统精密单点定位技术的定位精度和收敛速度均最优，GPS／GLONASS双系统次之，单系统中GPS性能最优，北斗系统最差。