论文总字数：15577字

目 录

1 引言 1

1.1研究背景 1

1.1.1 GPS系统 1

1.1.2 GLONASS 1

1.1.3 欧洲伽利略系统 1

1.1.4 中国北斗导航定位系统 2

1.2 多模GNSS技术的提出 2

1.3多模GNSS接收机RTK测量的研究意义 3

2 多模GNSS接收机技术 3

2.1 接收机定位原理 3

2.2 多模GNSS系统性能分析 3

2.3 多模GNSS接收机的优势 4

3 多模GNSS接收机RTK测量性能分析 5

3.1 多模GNSS RTK测量的原理 5

3.2 RTK测量步骤 7

3.3 不同条件下的单模与多模GNSS RTK测量 7

3.3.1 平坦开阔地区的测量 7

3.3.2 大面积水域周围进行测量 8

3.3.3 树下进行测量 9

3.3.4 高楼旁进行测量 11

3.3.5 高压线下进行测量 12

3.3.6 雷达旁进行测量 13

3.3.7 延长观测时间 14

3.4 多模GNSS RTK测量的优势 17

4 总结与展望 18

参考文献： 19

致谢： 20

多模GNSS接收机RTK测量性能分析

李林

,China

Abstract：Compared with the level and wire measurement，RTK technology is more rapid and more convenient.so it has more and more wide fields in people's production and life.However with the continuous development of social economy and the level of science and technology, traditional single mode of RTK surveying technique with many aspects of the effects has become more and more powerless to meet the needs of people.Through the comparison experiment of a multimode RTK measurement and single-mode RTK measurement results, this paper analyzes that multimode RTK measurement is higher in positioning accuracy and shorter in fixing satellite signal time.

key words: GNSS;multimode;The RTK measurement;the performance analysis

1 引言

1.1研究背景

GNSS是一个全球性的、多领域融合的导航定位系统^[1]，其具有全天候定位、高效率和自动化精密测量、高精度授时服务等诸多强大的功能，以GPS为代表的全球导航卫星系统正在不断的发展与完善，传统的单模RTK测量技术已经越来越不能满足人们对于精度的要求，将GPS系统和其他系统组合起来进行RTK测量的方法可以得到更稳定、更可靠、更精确的位置信息^[2]。因此，研究多模GNSS接收机的RTK测量具有非常重要的意义。

1.1.1 GPS系统

美国的子午卫星系统是世界上最早的卫星定位导航系统。该系统于1967年解密并供民用。但由于该系统存在诸多的缺陷，并且不能确定高程。但该系统的许多设想对后来的研究具有重要的借鉴作用。后来美国研制的行的GPS系统能够实现全球覆盖、全天候使用以及提供精确的授时服务，并且在定位的精度方面有了较大的改善。

GPS系统正式建成并且开始全面投入运作的时间是在1995年，它可以确保同时在地表面的任意位置都至少可以接收到4颗卫星。该系统的相对定位精度在1000km可以在15m以内，授时的精度为100ns。经过不断的校正定位后，其精度可以到1m以内^[3]。

1.1.2 GLONASS

为了抗衡并且牵制美国研制的GPS，前苏联研制并组建了第二代卫星定位导航系统。该系统打破了美国在空间定位导航领域的绝对统治地位。不过该系统在前苏联解体后就由俄罗斯管理和维持。这个系统和美国的GPS系统一样都是采用距离交会的方法来进行定位的。

俄罗斯在前苏联研制的卫星定位导航系统的基础上，进一步研制组建了现有的GLONASS卫星定位导航系统。后来一段时间内，GLONASS由于诸多的原因，该系统被闲置。现如今，由于全球卫星定位导航技术的不断发展，许多国家开始研制自己的定位导航系统。俄罗斯政府决定计划在未来的20年内将要发射76颗GLONASS卫星，重新组建GLONASS卫星定位导航系统。按照计划，此次重建将改进地面监控设备，延长卫星的使用寿命。并且将位置定位的精度提高到10m以内，速度精度到达0.01m/s，定时精度到达30ns以内。

1.1.3 欧洲伽利略系统

1990年欧盟正式提出组建伽利略卫星导航定位系统。这个计划具有重要的战略意义，它不仅能够让欧盟在军事方面和安全方面拥有主动地位，而且还可以拥有很好的经济效益和社会效益。该系统能够兼容美国的GPS系统，能为全球用提供实时的位置信息，其组建有诸多国家参与实施，获得了许多国家的物力财力的支持，我国也同样参与了卫星的研发过程。

为了不再更多的依赖其他国家的定位导航系统，欧盟自己组建了属于自己的定位导航系统。该系统预计投资36亿欧元，并将在2019年完成30颗卫星的组建，这些卫星分布在3个轨道面上。伽利略系统将免费对所有人开放，该系统具有全球定位导航功能外还具有全球搜索救援等其他功能。

1.1.4 中国北斗导航定位系统

近几年，我国不断加大对卫星导航领域的投入力度。并且成功组建完成了北斗一代卫星导航定位系统。该系统具有投资小、建成快等优点。北斗卫星定位导航系统是我国2000年开始自行开始组建的，我国一代北斗采用的是有源定位技术。然而依靠双星只能提供用户的平面位置，海拔高程则需要由地面的高程模型来确定^[4]。这种定位方式存在很多的缺陷，例如：定位速度较慢、用户数量受到限制等，并且一代北斗对地面的中心站依赖性较大。但北斗一代也有投资少、建成快、有一定的通信功能等优点。

我国北斗二代卫星定位导航系统正在研制中，它是一个区域性的定位导航系统。它能为我国及周边国家提供实时的定位导航服务，2012年底北斗正式开通了对亚太地区的服务，而且已经成功发射了16颗卫星。

第三代北斗系统将成为一个全球性的定位导航服务系统，该系统预计共有35颗卫星，将于2020年正式建成并投入使用。

图1 北斗卫星导航系统示意图

1.2 多模GNSS技术的提出

GNSS全球卫星定位导航系统是于1992年5月在FNAS会议上通过的。该定位导航系统的一大特点就是具有全球性的，它包括全球现有的几大定位导航系统^[5]。

利用全球所有导航卫星是GNSS系统的宗旨。随着全球定位导航技术的不断发展与完善，许多国家也开始组建属于自己的定位导航系统。围绕地球的卫星的数量也在不断的增加。GNSS全球定位导航系统的根本出发点是尽可能的利用好各种卫星的信号，以实现定位导航的更高精度、更准确、更快捷、更可靠的目的。

全球卫星导航技术正在不断的发展，中国北斗二代导航系统组建完成，欧洲伽利略系统和俄罗斯GLONASS系统也在不断的完善，其他国家也在不断加快卫星定位导航系统的研究，比如印度的IRNSS导航卫星系统也在加紧组建。未来，地球上空将有超过100颗卫星，到时候在地球任何地方都可以接收到很多卫星的信号。利用多模GNSS系统进行定位导航也就变得非常的重要，同时这也是人类探测空间资源的一个重要的手段。

1.3多模GNSS接收机RTK测量的研究意义

随着卫星导航技术的不断发展及其广阔的应用前景，我国也在不断加大对北斗卫星定位导航系统的投入，有关多模GNSS的研究已经成为一个大趋势，多模GNSS接收机RTK测量的研究也变得颇有意义。单模系统的卫星的数量很不稳定，在进行城市测量过程中由于受到高楼等的影响，接收机有可能接收不到足够多的卫星数。从而使测量无法快速便捷的进行，其定位的精度也无法得到保证。在某些地区，在单模接收机进行测量时，常常会出现对卫星信号失锁的问题，从而大大的影响了测量的进行。而多模GNSS接收机可以从多个卫星星座中搜索得到卫星，获得更多的可见卫星的数量。在此情况下进行的RTK 测量大大的提高了测量得到的精度，在某些特殊的区域也可进行RTK测量。因此，多模GNSS接收机RTK测量具有很高的研究意义。

多模GNSS接收机RTK测量具有广阔的应用前景，其测量速度快、精度高、操作简便、测量范围广。在城市测量、工程应用、精准林业等诸多方面都有广阔的发展空间和研究价值。

2 多模GNSS接收机技术

2.1 接收机定位原理

卫星定位导航的主要原理是：根据接收机接收卫星发射信号的时间、卫星发射信号时的时间，再通过改正计算得到信号传播过程所用的时间，然后再乘以信号的传播速度即可得到接收机与卫星之间的距离，又可以通过导航电文和原始的观测数据得到卫星的空间位置信息，最后根据空间交会的方法得到地面接收机的位置信息^[6][7][8]。

2.2 多模GNSS系统性能分析

卫星定位导航系统的性能的评定一般用导航定位的准确性、可靠性、实时性以及完好性来进行衡量。它的定位精度不仅与误差的消除情况、观测值的观测精度等因素有关外，还与能够接收到的卫星的数量有着直接的关系。以美国GPS为例，在全球的大部分地区都可以接收到4颗及其以上的在轨卫星。但是在某些特定的区域则有可能接收不到4颗卫星，如高楼林立的城市地区，由于高楼的遮挡，卫星信号无法有效的被接收机接收。因而无法对地面的接收机进行连续的定位跟踪，所以卫星的定位解算常常无法完成，在此情况下只能使用常规的控制测量来进行，从而使测量工作常常无法按期完成。随着全球卫星定位导航技术的不断发展，许多国家开始研制自己的卫星导航系统，全球在轨卫星的数目不断的增加。因此利用对多个卫星导航系统的组合可以有效的解决在某些区域由于接受不到足够多的卫星而无法进行有效定位测量的问题。

在此之前有许多的研究学者^[9]曾深入研究过多模GNSS系统的性能，对多模GNSS系统的性能进行分析，并且获得了一定的研究成果。双模GNSS系统在空间的精度和时间的准度等许多方面上都有了一定程度的改善和提高^[10]。通过实验和研究发现，即使在城市环境下，多模系统的可用性也非常的强，在此系统下接受到的卫星的数目、卫星的星图构成等都有较好的改善，不仅实现了在环境较差的条件下进行定位作业，也提高了定位的精度，更为重要的是证明了多模系统的可用性和可靠性。

2.3 多模GNSS接收机的优势

随着全球卫星定位导航技术的不断发展，许多国家开始建设自己的卫星定位导航系统，围绕地球的卫星的数量也在不断的增加，因此，多模GNSS接收机是新时代卫星定位导航的发展方向。相比与传统的单模GNSS系统，多模GNSS接收机具有以下优势：

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