基于动态网络基站的海上实时精密差分定位关键技术研究

Since the coastal reference station has a limited coverage distance and can not meet the needs of precision positioning on the sea, this project aims to develop marine real-time precise relative positioning base on dynamic network reference stations to extend the coverage distance. To increase the coverage distance of reference station, the minimum tree extension criteria finding new reference stations is used, and according to the characteristics of reference station networking, the optimal match between the user and the reference station network is sought. By analyzing the error characteristics of oceanic atmosphere, the error processing strategy based on vector correction is used to compensate the user observation data which is checked through Bayesian compression sensing technology. Finally, based on the multi-frequency measurement combination technology, the ambiguities of the user are fixed quickly and are tested by inergrity monitoring, so the goal of long-range precision positioning of the sea is achieved. This project provides a new theoretical basis and technical support for long-range precision positioning of the sea.

针对传统的沿海基准站覆盖距离有限，无法实现远距离海上用户精密定位的问题，拟研究基于海上动态基站的实时精密差分定位技术，利用最小树形扩展准则将已定位载体转基准站，增加基准站覆盖距离，依据基准站组网特性，寻求用户端与基准站网络间的最优匹配，通过分析海洋大气误差特性，采用基于矢量修正的误差处理策略，对经过贝叶斯压缩感知技术修复后的用户端观测量数据进行补偿，基于多频观测量组合技术实现流动站整周模糊度的快速固定并利用完好性监测技术进行监测，实现海上远距离用户端的精密定位，为利用海基动态网络基站实现海上远距离精密定位提供新的理论依据和技术保障。

本项目以远距离海上用户精密定位为应用背景，充分利用已知位置的海上载体，以基线间最大距离为约束，将已知位置的载体依次接入到定位基准站网络，构建动态基准站网络，扩大基准站网络的覆盖范围，以增加差分定位的作用距离。项目研究了海上动态基准站网络的布局建模及优化，采用文化基因算法对基准站网络布局进行优化，通过图理论模型对多基站网络布局问题进行数学建模，将布局优化问题转变为求最优解问题，通过对可行解所代表的个体编码进行操作，选择、交叉、变异以及基因修复等达到优化目的，有效避免对所求解问题的实际决策变量进行直接操作，实验结果表明，在保证基站覆盖条件的前提下，文化基因算法在多基站网络布局的优化设计上的性能优于启发式算法及修复遗传算法；研究了区域误差矢量建模技术，提出了基于主站偏差的虚拟参考站技术，将误差修正量分为电离层相关误差修正量和电离层无关误差修正量两类，摒弃传统的电离层薄层假设，考虑到电离层环境变化显著的地域特点，空间上的强相关性，建立基于单颗卫星的区域电离层延迟模型。多参考站间整周模糊度成功固定后，解算单卫星的区域电离层延迟模型系数，借鉴主辅站技术中的误差处理模式，辅助参考站、虚拟参考站与主站分别进行差分定位，得到基于主站偏差的虚拟观测值，实验结果表明，利用主站与虚拟参考站双差观测模型生成包含主站偏差的虚拟观测值，可以实现不同基线长度多参考站高精度定位；研究了误警与漏检概率可控的整周模糊度正确性检验方法，提出了多基站多模多频紧组合差分定位技术，构建多基站多模多频紧组合差分定位模型，利用系统间偏差具有稳定性特点消除系统间偏差对紧组合定位的影响，增加观测方程冗余度，实验结果表明，该方法能有效提升定位精度。本项目扩展了海上精密定位的作用距离，提高海上作业保障范围,为高精度实时动态定位技术在远海科研实践中的应用提供理论基础。