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融合电离层延迟改正与多频信号优化的全球导航卫星系统部分模糊度解算方法

张旭 杨杰

张旭, 杨杰. 融合电离层延迟改正与多频信号优化的全球导航卫星系统部分模糊度解算方法[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT240682
引用本文: 张旭, 杨杰. 融合电离层延迟改正与多频信号优化的全球导航卫星系统部分模糊度解算方法[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT240682
ZHANG Xu, YANG Jie. Global Navigation Satellite System Partial Ambiguity Resolution Method Integrating Ionospheric Delay Correction and Multi-frequency Signal Optimization[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT240682
Citation: ZHANG Xu, YANG Jie. Global Navigation Satellite System Partial Ambiguity Resolution Method Integrating Ionospheric Delay Correction and Multi-frequency Signal Optimization[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT240682

融合电离层延迟改正与多频信号优化的全球导航卫星系统部分模糊度解算方法

doi: 10.11999/JEIT240682
基金项目: 国家重点研发计划(2020YFB1710800),国家自然科学基金(51879211),安徽理工大学引进人才基金(2024yjrc177)
详细信息
    作者简介:

    张旭:男,讲师,研究方向为组合导航定位

    杨杰:女,教授,研究方向为人工智能与导航定位

    通讯作者:

    杨杰 jieyang509@163.com

  • 中图分类号: TN967.1

Global Navigation Satellite System Partial Ambiguity Resolution Method Integrating Ionospheric Delay Correction and Multi-frequency Signal Optimization

Funds: The National Key Research and Development Program of China (2020YFB1710800), The National Natural Science Foundation of China (51879211), The Scientific Research Foundation for High-level Talents of Anhui University of Science and Technology (2024yjrc177)
  • 摘要: 针对全球导航卫星系统(GNSS)在遮挡环境下定位精度受限以及差分方法在较长基线时难以消除电离层延迟的问题,该文提出一种改进的部分模糊度解算(MPAR)方法。该方法融合了无几何模式下的基于电离层延迟改正模型的级联整数解算(ICIR)与几何模式下的最小二乘降相关平差(LAMBDA)。通过引入电离层延迟改正模型并将其融入ICIR方法中,有效解决了电离层延迟误差对模糊度解算(AR)的影响,提高了长基线条件下的定位精度。同时,为提升观测值质量不佳时的数据利用率,本研究利用卫星三频最优子集信息辅助非三频子集进行AR。具体而言,对最优子集卫星采用改进的ICIR方法进行解算,而对非三频卫星子集则结合最优子集的辅助信息,采用LAMBDA方法进行解算。两阶段解算策略不仅降低了计算复杂度,还显著提高了AR的成功率和可靠性,从而全面提升了GNSS定位的性能。实验结果表明,MPARICIR方法在各种基线条件和卫星数据质量下均表现出优异的定位精度和稳定性。
  • 图  1  基于ICIR的MPAR方法解算流程

    图  2  两组数据集数据采集环境与卫星定位轨迹对比

    图  3  东京数据集不同系统下各历元卫星数量

    图  4  东京数据集在不同系统模式下的各方向定位结果平均标准差

    图  5  武汉数据集不同系统下各历元卫星数量

    图  6  武汉数据集在不同系统模式下的各方向定位结果平均标准差

    表  1  数据集信息与实验设置

    数据集采集时间基线长度(km)路径长度(km)高度截止角(º)采样频率(Hz)遮挡
    武汉04:58:02~05:07:160.62.1151
    东京03:56:15~04:16:561.76.4151
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    表  2  东京数据集xyz方向定位结果平均标准差具体数据(m)

    平均
    标准差
    PAR
    LAM
    PAR
    CIR
    PARI
    CIR
    MPAR
    LAM
    MPAR
    ICIR
    G x 0.251 5 0.254 6 0.241 5 0.145 1 0.128 4
    y 0.168 1 0.169 8 0.158 6 0.121 9 0.105 4
    z 0.220 8 0.225 4 0.213 8 0.152 9 0.133 5
    C x 0.760 3 0.768 7 0.754 2 0.630 7 0.609 8
    y 1.609 9 1.620 5 1.590 4 1.270 6 1.213 5
    z 0.753 8 0.761 3 0.745 7 0.575 8 0.515 4
    GC x 0.378 8 0.382 5 0.361 3 0.305 6 0.288 5
    y 0.659 5 0.667 6 0.649 5 0.514 2 0.485 3
    z 0.512 6 0.518 7 0.501 9 0.404 4 0.377 8
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    表  3  东京数据集5种模糊度解算方法性能对比

    东京数据集 PAR
    LAM
    PAR
    CIR
    PARI
    CIR
    MPAR
    LAM
    MPAR
    ICIR
    总历元数 1 242
    G 可定位历元 795 795 795 795 795
    固定解历元 649 646 656 739 745
    浮点解历元 146 149 139 56 50
    成功率(%) 81.6 79.5 82.5 93.0 93.7
    解算时间(s) 0.152 0.124 0.126 0.157 0.131
    C 可定位历元 621 621 621 637 637
    固定解历元 528 523 532 548 552
    浮点解历元 93 98 89 89 85
    成功率(%) 85.0 84.2 85.7 86.0 86.7
    解算时间(s) 0.127 0.113 0.108 0.130 0.110
    GC 可定位历元 943 943 943 943 943
    固定解历元 790 788 796 872 878
    浮点解历元 153 155 147 71 65
    成功率(%) 83.8 83.6 84.4 92.5 93.1
    解算时间(s) 0.142 0.127 0.129 0.147 0.132
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    表  4  武汉数据集xyz方向定位结果平均标准差具体数据(m)

    平均
    标准差
    PAR
    LAM
    PAR
    CIR
    PAR
    ICIR
    MPAR
    LAM
    MPAR
    ICIR
    G x 0.039 4 0.041 0 0.035 4 0.033 8 0.031 5
    y 0.072 9 0.073 4 0.066 0 0.063 2 0.061 1
    z 0.044 9 0.045 7 0.040 9 0.039 8 0.036 6
    C x 0.016 9 0.017 8 0.012 2 0.006 3 0.005 7
    y 0.028 9 0.030 0 0.020 9 0.011 2 0.010 6
    z 0.014 8 0.015 3 0.010 4 0.005 9 0.004 9
    GC x 0.006 8 0.007 1 0.006 5 0.006 2 0.005 7
    y 0.012 5 0.012 8 0.012 3 0.011 2 0.010 8
    z 0.006 1 0.006 2 0.005 9 0.005 6 0.004 9
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    表  5  武汉数据集5种模糊度解算方法性能对比

    武汉数据集 PAR
    LAM
    PAR
    CIR
    PAR
    ICIR
    MPAR
    LAM
    MPAR
    ICIR
    总历元数 555
    G 可定位历元 492 492 492 492 492
    固定解历元 462 460 464 472 478
    浮点解历元 30 32 28 20 14
    成功率(%) 93.7 93.5 94.3 96.1 97.2
    解算时间(s) 0.137 0.120 0.123 0.139 0.130
    C 可定位历元 526 526 526 529 529
    固定解历元 449 446 479 510 523
    浮点解历元 77 80 47 19 6
    成功率(%) 85.4 84.8 91.1 96.4 98.9
    解算时间(s) 0.161 0.142 0.136 0.167 0.139
    GC 可定位历元 537 537 537 537 537
    固定解历元 519 516 525 529 534
    浮点解历元 18 21 12 8 3
    成功率(%) 96.6 96.1 97.8 98.5 99.4
    解算时间(s) 0.183 0.166 0.151 0.173 0.158
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-07-31
  • 修回日期:  2025-04-08
  • 网络出版日期:  2025-04-29

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