实时估计不同类型北斗卫星观测值的随机模型.pdf

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1、第４２卷第２期武汉大学学报·信息科学版Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．２２０１７年２月ＧｅｏｍａｔｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＦｅｂ．２０１７ＤＯＩ：１０．１３２０３／ｊ．ｗｈｕｇｉｓ２０１４１００６文章编号：１６７１－８８６０（２０１７）０２－０２６３－０７实时估计不同类型北斗卫星观测值的随机模型严丽１２３３李萌梅熙卢建康１西南交通大学高速铁路运营安全空间信息技术国家地方联合工程实验室，四川成都，６１００３１２成都理工大学地球科学学院，四川成都，６１００５９３中铁二院工程集团有

2、限责任公司，四川成都，６１００３１摘要：为分析北斗卫星观测值随机特性，估计了地球静止轨道、倾斜地球同步卫星轨道、中地球轨道卫星载波相位观测值的方差分量。发现不同接收机和不同类型卫星观测值方差分量的大小和时变特性具有明显差异。为构建更切实际的方差结构随机模型，提出利用迭代最小二乘和最小范数二次无偏估计相结合的方法，实时估计不同类型北斗卫星观测值方差分量。为评估实时估计随机模型的性能，对２４３ｍ、６４５ｍ、１０１３７ｍ三条不同长度基线进行精密相对定位测试，结果表明：实时估计随机模型能有效改善北斗卫星精密单历元动态相对定位性

3、能，尤其当站间距离较长时改善更显著。１０１３７ｍ基线测试结果表明，１ｈ数据单历元解在北、东、高方向，平均定位精度分别提高了４１．３％、５４．５％、５１．６％，稳定性分别提高了３８．４％、１７．７％、３９．７％。关键词：北斗卫星；随机模型；方差分量；精密相对定位中图法分类号：Ｐ２２８文献标志码：Ａ北斗卫星系统在中国及其周边区域已能获取究区别对待北斗卫星和ＧＰＳ卫星观测值的方差［１－４］［２９－３２］与ＧＰＳ近似的定位精度。精密定位数据处理分量，但仍设定为常量，未考虑其时变特性。时，北斗卫星采用与ＧＰＳ卫星基本一致的函数模

4、本文通过分析不同类型北斗卫星观测值的方差分型和随机模型。函数模型一般仅与定位方式有量发现，地球静止轨道（ｇｅｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙｅａｒｔｈｏｒ－关，而随机模型主要反映观测数据质量，还与测量ｂｉｔ，ＧＥＯ）、倾斜地球同步卫星轨道（ｉｎｃｌｉｎｅｄｇｅｏ－仪器及观测环境等因子相关。通常，随机模型采ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｓａｔｅｌｌｉｔｅｏｒｂｉｔ，ＩＧＳＯ）、中地球轨道［５－１１］（ｍｅｄｉｕｍｅａｒｔｈｏｒｂｉｔ，ＭＥＯ）卫星载波相位观测值用卫星高度角和信噪比定权。相比等权随机模型，能够明显改善定位结果，但仍难以反应观

5、测方差分量的大小及时变特征均具有显著差异。数据的真实质量。为了更切实际的反应观测数据本文顾及不同类型北斗卫星的观测值的异方质量，基于最小二乘残差的随机模型被提出，且并差特性，建立含３个未知方差分量的随机模型。［１２－１４］被广泛运用。最小二乘残差随机模型中，不采用迭代最小二乘与ＭＩＮＱＵＥ结合的方法，实［１５］同观测值的方差分量不同。为了估计出合适时估计各方差分量及位置参数。实施精密相对定［１６－２０］的方差分量，各种方差分量估计方法被提出，位试验，与经验随机模型相比较，评估实时估计随如最小范数二次无偏估计（ｍｉｎｉｍ

6、ｕｍｎｏｒｍｑｕａｄ－机模型的性能。ｒａｔｉｃｕｎｂｉａｓｅｄｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，ＭＩＮＱＵＥ）、赫尔默特法方差分量估计（ＨＥＬＭＥＲＴ）、最优二次无偏估１ＧＥＯ、ＩＧＳＯ、ＭＥＯ卫星载波相位计（ｂｅｓｔｉｎｖａｒｉａｎｔｑｕａｄｒａｔｉｃｕｎｂｉａｓｅｄｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ，观测值方差分量的差异性ＢＩＱＵＥ）等。ＭＩＮＱＵＥ方法无需分布假设，常用于ＧＰＳ随机模型估计，可以改善ＧＰＳ精密定位短基线站间单差（ｓｉｎｇｌｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｄ，ＳＤ）残［２１－２７］的精度和可靠性。差序列仅与单颗卫星观测值相关，常被用来

7、分析［３３］北斗卫星观测值随机模型一般采用与ＧＰＳ观测值随机特性。已知双差（ｄｏｕｂｌｅｄｉｆｆｅｒ－［２８］卫星观测值相同的方差分量。虽然有学者研ｅｎｃｅｄ，ＤＤ）整周模糊度及卫地距，站间单差观测收稿日期：２０１５－０９－２０项目资助：国家自然科学基金（４１３７４０３２）；２０１３年西南交通大学博士研究生创新基金和中央高校基本科研业务费。第一作者：严丽，博士，主要从事ＧＮＳＳ数据处理。ｙａｎｌｉ２００６０６７５＠ｆｏｘｍａｉｌ．ｃｏｍ通讯作者：李萌，博士，讲师。ｎｅｍｏｎ８１８＠１６３．ｃｏｍ２６４武汉大学学报·信息

8、科学版２０１７年２月量可表示为：图１展示了不同类型北斗卫星方差分量的时ｓｓ"Ｎｒｓ间序列。图１（ａ）为Ｈｉ－ＴａｒｇｅｔＶ３０ＧＮＳＳ接收机ΔΦＢｉ－ΔρＢｉ－λＢｉΔＢｉ＝ｒｓ（１）观测的２ｍ基线的结果，图１（ｂ）为ＴｒｉｍｂｌｅＮｅ－Δδｔ＋Δδｔ０Ｂｉ＋λＢｉΔＮＢｉ＋ΔεＢｉ式中，Δ和Δ"分别表示单差和双差；Δ"Ｎｒｓ为参