基于长距离参考站网络的B/S模式动态定位服务理论研究

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基于多个连续运行参考站的网络RTK技术是支持区域厘米级实时动态定位的多功能导航定位服务系统,作为GNSS新一代的RTK定位技术得到了广泛的应用。连续运行参考站不仅建设维护成本高,而且选址比较严格,如良好的卫星观测条件,完善的通讯设施,无电磁干扰等,因此在不以损失定位精度为代价的情况下,增加网络RTK的有效作业范围,可以成倍地减少连续运行参考站的建站个数,节省建设和维护成本,并且可以解决布设参考站比较困难区域的网络RTK系统建设问题。目前所有的网络RTK软件都采用的客户端/服务器(Client/Server)模式,即移动定位终端需要安装特定服务的客户端软件,如最普通的差分定位软件。安装的软件越多,接收机的OEM板和处理器要求就越高,使得定位终端的价格比较昂贵,一旦算法改进时,需要逐台进行升级,过程复杂,冗余。如果可以将客户端软件运行在服务器上,而客户端只需要结果而不关心过程,使接收机仅具备数据捕获,转发和远程查看的功能,即实现接收机端的统一和零维护。而服务器运行所有的网络RTK数据处理软件,建立以位置信息为基础的服务平台,并且可以扩展服务内容。这就是浏览器/服务器(Browser/Server)模式的动态定位服务系统。本文对长距离参考站网络的动态定位理论和各类误差特性以及处理方法做了详细的分析和研究,开发了参考站数据预处理和质量分析软件。在此基础上,首先研究和实现了长距离参考站估计大气延迟和整周模糊度的卡尔曼滤波算法;然后分析了空间相关误差区域建模原理和精度,给出了虚拟参考站观测值的生成模型;进而研究了流动站单历元动态定位算法。另外如何实现单参考站中长距离的RTK算法作为NRTK技术的补充项也是本文研究的目标之一。最后提出了基于参考站网络的B/S模式动态定位服务平台工作方式。(1)介绍了GNSS观测值和常用的线性组合观测值,并分析了其组合特性;推导了差分定位的数学模型,对其中的误差项进行了定量分析,获取误差项统计先验参数和信息,给出了相应的削弱方式;在此基础上,开发了参考站观测数据预处理和质量分析软件。(2)对参考站间双差电离层残差进行了详细分析,提出了站间相对电离层天顶延迟削弱双差电离层残差的方法,并验证了估计模型的有效性,相对电离层天顶延迟估计可以将双差电离层残差削弱到5cm内,提高了模糊度解算效率。(3)提出了长距离参考站间非组合观测值的估计大气延迟参数和模糊度的卡尔曼滤波算法,试验中基线最短48km,最长为364km,观测条件较好时仅需一个历元固定整周模糊度;若出现周跳或卫星失锁重新捕获,一个历元重新固定整周模糊度。(4)对空间相关误差区域建模原理进行比较分析,主要有线性组合模型(LCA)、基于距离的线性内插算法(DIA)、线性内插算法(LIA)、低阶曲面内插算法(LSA),平差配置算法(LSC),并试验上述模型的双差对流层延迟和双差电离层延迟的区域建模精度。(5)提出了中长基线单参考站RTK动态定位卡尔曼滤波算法,作为NRTK技术的补充项。其中48km左右基线上动态试验平面N和E方向中误差3.06cm和2.5cm,高程中误差3.30cm:100km基线参考站静态仿动态试验平面N和E方向中误差1.43cm和1.05cm,高程中误差4.06cm。(6)提出了一种适合流动站实时动态定位的单历元模糊度算法,首先通过站星间几何距离或伪距与宽巷观测值的组合方程确定宽巷模糊度,其次根据L1、L2的线性组合原理快速解算L1、L2双差模糊度,解算速度快、效率高。动态试验平面N和E方向中误差1.7cm和1.9cm,高程中误差3.4cm。(7)提出了基于参考站网络的浏览器/服务器(Browser/Server)服务模式,扩展服务器端的服务功能,实现接收机端的简约化和标准化,详述了工作流程和通讯方式以及通讯协议和数据格式。以上算法基于C#.Net开发平台完成,经过实测数据验证算法的可行性和高效性;数据的通讯链路基于VC++6.0开发完成。从而完成了基于参考站网络的大范围、高可靠性和可用性的B/S模式的动态定位服务理论研究,为CORS网建设提供了新的备选方案。
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