基于弧段解的北斗高精度定位解算方法解讀
作者：admin 發(fā)布日期：2024/6/29 關(guān)注次數(shù)：
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基于弧段解的北斗高精度解算方法，通常是指在精密定位領(lǐng)域利用載波相位觀測(cè)量進(jìn)行絕對(duì)或相對(duì)定位時(shí)，采用的一種處理技術(shù)。這種方法主要用于減少或消除整周模糊度，提高定位精度。在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，載波相位觀測(cè)值包含了從衛(wèi)星到接收機(jī)的真實(shí)距離以及由于接收機(jī)鐘差、衛(wèi)星鐘差、大氣延遲等因素引入的誤差，其中關(guān)鍵的是整周模糊度問(wèn)題，即載波相位觀測(cè)值中包含的一個(gè)或多個(gè)整數(shù)周波長(zhǎng)的不確定性。
這種方法通常涉及到以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟和概念，以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)甚至毫米級(jí)的定位精度：
1、數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理
（1）需要通過(guò)高精度的北斗接收機(jī)采集多顆衛(wèi)星的載波相位和偽距觀測(cè)量，同時(shí)記錄觀測(cè)時(shí)刻和接收機(jī)狀態(tài)信息。
（2）數(shù)據(jù)預(yù)處理階段包括對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，剔除異常值，修正電離層和對(duì)流層延遲，以及處理多路徑效應(yīng)等。
（3）在數(shù)據(jù)質(zhì)量分析中，要檢查觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，剔除或修正異常值，如周跳（整周模糊度的突變）、信號(hào)遮擋導(dǎo)致的失鎖等。
2、整周模糊度解算
（1）弧段是指在一定時(shí)間段內(nèi)，模糊度保持不變的假設(shè)，這樣可以將原本在整個(gè)觀測(cè)時(shí)段內(nèi)的模糊度解算問(wèn)題簡(jiǎn)化為在較短弧段上的解算，降低問(wèn)題的復(fù)雜度。
（2）弧段解方法通常涉及尋找更優(yōu)的整周模糊度解，這是提高定位精度的關(guān)鍵。它通過(guò)構(gòu)建模糊度搜索空間，并在該空間內(nèi)搜索更佳的整數(shù)解。整周模糊度解算中載波相位觀測(cè)量存在整數(shù)周模糊度問(wèn)題，即無(wú)法直接確定從某一起始點(diǎn)到觀測(cè)時(shí)刻的整數(shù)波長(zhǎng)部分?；诨《谓獾姆椒ㄍǔＩ婕澳：人阉骰虿捎孟冗M(jìn)的模糊度解算技術(shù)，如LAMBDA算法，結(jié)合降相關(guān)技術(shù)減少模糊度之間的相關(guān)性，從而快速準(zhǔn)確地確定整數(shù)模糊度。
3、弧段處理
短基線與長(zhǎng)基線處理在動(dòng)態(tài)或靜態(tài)定位中，根據(jù)觀測(cè)時(shí)段的長(zhǎng)短，可以分為短基線（如幾分鐘內(nèi)的觀測(cè)）和長(zhǎng)基線（幾小時(shí)至幾天）。短基線通?？梢灾苯咏馑隳：?。而長(zhǎng)基線則可能需要分段處理，每段內(nèi)模糊度視為固定，然后連接各段解以形成連續(xù)的高精度軌跡。
4、參數(shù)估計(jì)與優(yōu)化
（1）采用小二乘法或其他優(yōu)化算法（如卡爾曼濾波、粒子濾波等），對(duì)衛(wèi)星位置、接收機(jī)坐標(biāo)、鐘差、大氣延遲（包括電離層和對(duì)流層延遲）以及模糊度等參數(shù)進(jìn)行聯(lián)合估計(jì)。
（2）狀態(tài)空間表示中，將定位問(wèn)題建模為一個(gè)狀態(tài)空間問(wèn)題，通過(guò)迭代過(guò)程逐步收斂至更優(yōu)解，同時(shí)考慮動(dòng)態(tài)模型和觀測(cè)模型。
5、精密產(chǎn)品輔助
利用國(guó)際GNSS服務(wù)（IGS）等提供的精密星歷和衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品，可以顯著提高定位精度。這些產(chǎn)品提供了比廣播星歷更高精度的衛(wèi)星軌道和時(shí)鐘改正信息。采用外部模型或?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)校正電離層和對(duì)流層延遲，減少這些誤差源對(duì)定位結(jié)果的影響。
6、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位與事后處理
（1）在需要即時(shí)定位結(jié)果的應(yīng)用中，采用快速模糊度解算和在線濾波技術(shù)，實(shí)時(shí)輸出高精度位置信息。
（2）基于弧段解的方法也可應(yīng)用于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（RTK）。在后處理中，可以利用更長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行更加精細(xì)的參數(shù)估計(jì)。
（3）對(duì)于科研或某些行業(yè)應(yīng)用中，可采用事后處理軟件進(jìn)行更精細(xì)的數(shù)據(jù)處理，如多天的觀測(cè)數(shù)據(jù)批處理，利用更多觀測(cè)值和外部輔助信息提高定位精度。
7、結(jié)果驗(yàn)證與精度評(píng)估
定位結(jié)果需通過(guò)與已知參考點(diǎn)或其它高精度定位方法的比較來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，評(píng)估定位精度，包括水平精度、垂直精度以及收斂時(shí)間等指標(biāo)。
基于弧段解的北斗高精度解算方法，通過(guò)上述流程，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高精度定位，還能適應(yīng)不同環(huán)境下的動(dòng)態(tài)變化，滿足諸如測(cè)繪、形變監(jiān)測(cè)、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域的高精度定位需求。
這種方法通常涉及到以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟和概念，以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)甚至毫米級(jí)的定位精度：
1、數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理
（1）需要通過(guò)高精度的北斗接收機(jī)采集多顆衛(wèi)星的載波相位和偽距觀測(cè)量，同時(shí)記錄觀測(cè)時(shí)刻和接收機(jī)狀態(tài)信息。
（2）數(shù)據(jù)預(yù)處理階段包括對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢查，剔除異常值，修正電離層和對(duì)流層延遲，以及處理多路徑效應(yīng)等。
（3）在數(shù)據(jù)質(zhì)量分析中，要檢查觀測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，剔除或修正異常值，如周跳（整周模糊度的突變）、信號(hào)遮擋導(dǎo)致的失鎖等。
2、整周模糊度解算
（1）弧段是指在一定時(shí)間段內(nèi)，模糊度保持不變的假設(shè)，這樣可以將原本在整個(gè)觀測(cè)時(shí)段內(nèi)的模糊度解算問(wèn)題簡(jiǎn)化為在較短弧段上的解算，降低問(wèn)題的復(fù)雜度。
（2）弧段解方法通常涉及尋找更優(yōu)的整周模糊度解，這是提高定位精度的關(guān)鍵。它通過(guò)構(gòu)建模糊度搜索空間，并在該空間內(nèi)搜索更佳的整數(shù)解。整周模糊度解算中載波相位觀測(cè)量存在整數(shù)周模糊度問(wèn)題，即無(wú)法直接確定從某一起始點(diǎn)到觀測(cè)時(shí)刻的整數(shù)波長(zhǎng)部分?；诨《谓獾姆椒ㄍǔＩ婕澳：人阉骰虿捎孟冗M(jìn)的模糊度解算技術(shù)，如LAMBDA算法，結(jié)合降相關(guān)技術(shù)減少模糊度之間的相關(guān)性，從而快速準(zhǔn)確地確定整數(shù)模糊度。
3、弧段處理
短基線與長(zhǎng)基線處理在動(dòng)態(tài)或靜態(tài)定位中，根據(jù)觀測(cè)時(shí)段的長(zhǎng)短，可以分為短基線（如幾分鐘內(nèi)的觀測(cè)）和長(zhǎng)基線（幾小時(shí)至幾天）。短基線通?？梢灾苯咏馑隳：?。而長(zhǎng)基線則可能需要分段處理，每段內(nèi)模糊度視為固定，然后連接各段解以形成連續(xù)的高精度軌跡。
4、參數(shù)估計(jì)與優(yōu)化
（1）采用小二乘法或其他優(yōu)化算法（如卡爾曼濾波、粒子濾波等），對(duì)衛(wèi)星位置、接收機(jī)坐標(biāo)、鐘差、大氣延遲（包括電離層和對(duì)流層延遲）以及模糊度等參數(shù)進(jìn)行聯(lián)合估計(jì)。
（2）狀態(tài)空間表示中，將定位問(wèn)題建模為一個(gè)狀態(tài)空間問(wèn)題，通過(guò)迭代過(guò)程逐步收斂至更優(yōu)解，同時(shí)考慮動(dòng)態(tài)模型和觀測(cè)模型。
5、精密產(chǎn)品輔助
利用國(guó)際GNSS服務(wù)（IGS）等提供的精密星歷和衛(wèi)星鐘差產(chǎn)品，可以顯著提高定位精度。這些產(chǎn)品提供了比廣播星歷更高精度的衛(wèi)星軌道和時(shí)鐘改正信息。采用外部模型或?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)校正電離層和對(duì)流層延遲，減少這些誤差源對(duì)定位結(jié)果的影響。
6、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位與事后處理
（1）在需要即時(shí)定位結(jié)果的應(yīng)用中，采用快速模糊度解算和在線濾波技術(shù)，實(shí)時(shí)輸出高精度位置信息。
（2）基于弧段解的方法也可應(yīng)用于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（RTK）。在后處理中，可以利用更長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行更加精細(xì)的參數(shù)估計(jì)。
（3）對(duì)于科研或某些行業(yè)應(yīng)用中，可采用事后處理軟件進(jìn)行更精細(xì)的數(shù)據(jù)處理，如多天的觀測(cè)數(shù)據(jù)批處理，利用更多觀測(cè)值和外部輔助信息提高定位精度。
7、結(jié)果驗(yàn)證與精度評(píng)估
定位結(jié)果需通過(guò)與已知參考點(diǎn)或其它高精度定位方法的比較來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，評(píng)估定位精度，包括水平精度、垂直精度以及收斂時(shí)間等指標(biāo)。
基于弧段解的北斗高精度解算方法，通過(guò)上述流程，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)高精度定位，還能適應(yīng)不同環(huán)境下的動(dòng)態(tài)變化，滿足諸如測(cè)繪、形變監(jiān)測(cè)、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域的高精度定位需求。
貴州北斗物聯(lián)科技公司專業(yè)從事于貴陽(yáng)GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，貨車北斗行駛記錄儀，GPS自動(dòng)報(bào)站器，攪拌車正反轉(zhuǎn)GPS監(jiān)控，冷鏈車GPS溫度監(jiān)控，貨車油耗GPS監(jiān)控以及車載測(cè)溫系統(tǒng)的銷售和安裝。
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