整周模糊度的在航解算,即在航动态解算,是利用GNSS(全球导航卫星系统)中的载波相位测量数据来进行高精度动态定位的核心技术之一。在GNSS定位过程中,载波相位测量可以提供比伪距更精确的距离信息,但由于载波信号的周期性,使得观测值在整周数上存在多值性,即所谓的“整周模糊度”。正确求解这一整周模糊度是实现厘米级定位精度的关键。 传统的GPS载波相位测量动态定位方法通常需要在动态定位开始前进行一段时间的静态测量,或者在已知基线上进行短暂的静态测量,这种初始化方法称为“静态初始化测量”。在初始化阶段,通过静态观测来确定初始的整周模糊度值。然而,这种方式限制了动态定位的即时性和连续性,对于海上动态定位、飞机进场着陆等应用场景是不够的。 1985年,美国学者Remondi提出了一种名为“天线交换法”的创新技术,可以在不进行长时间静态测量的情况下,来解求初始整周模糊度。天线交换法的实施步骤包括:在基准站附近选择一个临时测站,架设GPS信号接收机,采集几个时元的静态观测数据;然后在基准站和临时测站间交换天线,再采集几个时元的静态观测数据;最后将天线交换回原测站。该方法简化了观测过程,但在动态定位环境复杂、失锁和周跳(即信号突然丢失,再重新捕获时产生的相位突变)难以避免的场合下,依然存在困难。 为了克服这些局限性,出现了整周模糊度的在航解算技术。在航解算技术允许动态定位过程中实时解算整周模糊度,而不必依赖于初始化期间的静态测量。这种技术适应了复杂的动态定位环境,即使在出现失锁和周跳的情况下,也能及时恢复整周模糊度的正确值,从而维持高精度的动态定位。 文章中提到的GPS载波相位测量动态定位,正是以GPS为实例来详细讨论在航解算整周模糊度的方法。在连续跟踪且无周跳的情况下,同一颗卫星经过的载波相位观测值都包含相同的初始整周模糊度Nj。对于动态定位,整周模糊度的解算是一个连续的过程,需要在载波相位观测值中动态地、连续地求解整周模糊度。这要求数据处理软件具备高度的智能化和实时处理能力,能够及时检测并纠正周跳和失锁,确保连续的厘米级定位精度。 动态载波相位测量的数据处理方法涉及多种技术,包括数据预处理、整周模糊度的动态解算、以及模糊度固定策略等。在处理中,动态定位系统需要实时接收和处理来自卫星的载波相位信号,结合算法模型,精确估计整周模糊度,并将这些模糊度固定下来,以转换为高精度的站星距离测量值。 作者刘基余,作为武汉大学测绘学院的教授和博士生导师,以及国内外多家学术机构的成员,其研究方向主要集中在GNSS卫星导航定位和卫星激光测距技术,并在相关领域发表了大量研究论文和专著。其在GNSS领域的研究成果,对于推进动态载波相位测量方法的发展起到了重要作用。 在解决整周模糊度问题的过程中,各种硬件设备和软件算法的进步也发挥了至关重要的作用。现代GNSS接收机的设计更加注重动态性能,可以快速响应卫星信号的变化,并实时处理数据。同时,先进的算法也被开发出来,以实现整周模糊度的快速稳定解算。 整周模糊度的在航解算是实现GNSS高精度动态定位的核心技术之一。随着技术的不断进步,该技术将继续推动位置服务领域的发展,为海上导航、航空安全等领域提供更为精准可靠的定位支持。
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