基于BDS/GPS/GLONASS在复杂环境下组合定位精度与可用性分析-毕业论文网

论文总字数：19909字

目录

１. 绪论- 3

1.1引言 3

1.2 研究背景 4

1.2.1 全球卫星导航系统发展概况 4

1.2.2 组合定位的发展 4

1.3主要研究内容和研究目的 4

1.3.1主要研究内容 5

1.3.2研究目的 5

2. 组合定位原理 6

2.1 时空基准的统一 6

2.2消除钟误差 6

2.3观测方程 7

3. 实验设计 8

3.1实验目的 8

3.2实验内容 8

3.2.1使用仪器 8

3.2.2实验步骤 8

3.2.2.1选取实验地点 8

3.2.2.2选择定位系统组合模式 9

3.2.2.3设置参数 9

3.2.2.4卫星启用禁用 10

3.2.2.5其它记录 10

4. 实验数据分析 11

4.1普通地形 11

4.2高楼遮挡 16

4.3树木遮挡 20

4.4雷达干扰 26

5. 总结与不足之处 33

5.1总结 33

5.2不足之处 33

参考文献 34

附录 36

致谢 37

基于BDS/GPS/GLONASS在复杂环境下

组合定位精度与可用性分析

丁诗宇

Abstract: For GPS single case , in the measurement of complex environment of GNSS positioning, can not provide continuous measurement of attitude and often can not get fixed solution. In order to solve this problem can using different satellite navigation systems combined, then increasing the participation of solution of satellite data and improving the efficiency of the fixed solution obtained. Based on now covering China's regional global navigation system mainly BDS (Beidou satellite navigation system), GPS, GLONASS these satellite navigation status. GPS/BDS, GPS / GLONASS and GPS/BDS/GLONASS can be used to compare with single GPS mode. Through the experiments during 2016 May 8 to 22 in the ordinary environment, high-rise block. Occlusion of trees, radar interference measuring ,and analyzing the data. Then found the accuracy of combinated system is highest. the accuracy of GPS/BDS combination followed . The accuracy of combined GPS/ GLONASS is poorer. Three kinds of combination modes can provide effective continuous and effective attitude measurement, can effectively solve the problem that the single GPS in the measurement of complex environment of GNSS Positioning can not provide continuous measurement of attitude and improve positioning accuracy.

Key words:Integrated Positioning; GPS/BDS/GLONASS; Complex Environment; Accuracy Analysis

绪论-

1.1引言

现在，GNSS技术凭借在测量精度、数据传输、便捷性等方面的优点，在越来越多的领域得到应用。进行GNSS测量时，我国通常使用的是单GPS模式进行测量。在实际GNSS定位中，经常会遇到各种情况，使GPS的可见卫星过少，导致无法获得固定解甚至无法获取服务，无法达到预期的精度。影响测量效果的原因主要是复杂的测量环境，例如高楼遮挡、树木遮挡、雷达干扰、水面干涉等环境。为了在这些复杂环境中，依然能够得到固定率较高的测量结果，我们可以通过改变参与解算的卫星导航系统并将它们组合来解决。寻找在各种复杂环境下的最佳卫星导航系统组合，可以有效的提高固定率，提高精度，从而提高工作效率。

1.2 研究背景

1.2.1 全球卫星导航系统发展概况

全球定位系统经过30多年的发展，已经形成以GPS、GLONASS、北斗（BDS）和伽利略为代表的多系统共存局面。

GPS起始于1958年的美国的军事项目，1964年正式使用，于1994全面建成新一代卫星导航系统，共有6条卫星轨道，21颗运作卫星以及3颗备用卫星。目前GPS已经实现单机导航精度约为10米，综合定位的话，精度可达厘米级和毫米级，民用信号的精度能够达到10m。

BDS（北斗卫星导航系统）是中国自行研制的全球卫星导航系统，于1994年正式开始北斗一号研制，在2000年发射了两颗静止轨道卫星。在2012年12月7号，BDS实现了“5 5 4”系统即5颗地球静止卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中圆地球轨道卫星。2015年9月，第20颗北斗导航卫星成功发射。目前，北斗支持亚太地区的定位服务，在服务区域定位精度已经接近GPS，相对定位的水平精度优于6m，高程精度优于10m。

GLONASS卫星导航系统属于俄罗斯，于2011年底全面恢复。截止至2015年12月30号，GLONASS在轨导航卫星共28颗，其中有26颗卫星型号为GLONASS-M，2颗型号为GLONASS-K1，提供定位、导航与授时服务的卫星23颗，全部为GLONASS－M型号。

伽利略导航系统欧洲自主的、独立的民用全球卫星导航系统。整个系统30颗卫星组成，其中27颗工作卫星，3颗备用卫星。目前，伽利略导航系统在轨卫星12颗，分别为4颗“伽利略-在轨验证”（Galileo-IOV）和8颗Galileo-FOC卫星。Galileo系统尚处于系统部署阶段不提供定位、导航与授时服务。

除了这4个主要卫星导航系统，还有其他国家在发展卫星导航技术，如印度的IRNSS系统、日本的QZSS系统。

1.2.2 组合定位的发展

随着 GPS 应用范围的扩大和研究的深入，单星座系统如可见星有限、定位精度不高、可靠性不好等诸多弊端浮出水面。相较于单卫星导航系统, 多系统组合将显著增加可视卫星数目，在连续性、可用性可靠性、精度及效率等方面都更具优势; 可以利用丰富的导航信息，极大地提高用户的可用性、精确性、完好性和可靠性，已成为GNSS(Global Navigation Satellite System)导航定位发展的重要趋势之一。随着BDS的不断完善以及GLONASS系统的全面恢复掀起了一轮有关GPS/GLONASS，GPS/BDS、GPS/BDS/GLONASS组合定位研究的热潮，并取得了可喜的研究成就。通过研究发现，GPS/BDS/GLONASS三系统组合定位效果最好，GPS/BDS次于GPS/BDS/GLONASS，GPS/GLONASS精度劣于前两者。

1.3主要研究内容和研究目的

1.3.1主要研究内容

本文的研究内容主要包括：

阅读文献，了解组合定位发展情况，明白组合定位原理；
进行研究实验，选择实验地点和记录实验要素；
处理实验数据，得到平面中误差，高差，过程中误差，并成图；
对比分析数据处理结果，得出结论和不足。

研究流程如图-1所示

图-1 研究流程图

1.3.2研究目的

在实际GNSS定位中，经常会遇到各种情况，使GPS的卫星过少，导致无法获得固定解甚至无法获取服务，无法达到预期的精度。可以采用全球卫星导航系统组合定位的方法来解决这一问题。通过实验，处理分析数据，得到GPS/BDS、GPS/GLONASS、GPS/BDS/GLONASS在复杂环境的定位精度和可用性。

组合定位原理

2.1 时空基准的统一

GPS和BDS均采用原子时系统，其中GPS时以美国海军天文台维护的协调世界时（GPST）作为基准，北斗时（BDS）以中国维持的协调世界时作为时间基准，两时间系统的起算时刻分别为1980年1月6日0时和2006 年1月1日0时。GLONASS（GLONASST）通过GLONASS由一组氢原子钟的维持时间系统的中央同步器，GLONASS是与UTC的一致，但两者之间有3小时的整数偏差，小数差小于1毫秒。三种系统的时间和与UTC之间的关系是如下：