北斗卫星定位混合整数模型的数据处理理论与方法

The project is to study the theory and method for the mixed integer functional and stochstic models of Beidou Navigation Satellite System (BDS). In the functional model: 1) Based on the analysis of the geometric gains to parameters from the different types of satellites, we investigate the parameterization of functional models relevant to the BDS applications and the efficient estimation method for those parameters with very small geometric gains.2) With maximizing the ambiguity success rate, we study the optimal integer sequential estimation method for BDS multi-frequency ambigiuty resolution. Moreover, we study the partial ambiguity resolution for multi-frequency BDS system or its integrated applications with other GNSS systems, for which the choice of ambiguity subsets will be intensively addressed based on the cross validation with multiple criteria importantly taking into accounts both ambiguity precisions and biases. In the stochastic model: 1) We firstly study the stochstic characteristics of BDS observations, including error distribution, precisions and some correlations etc, based on which we further study their modelling so as to establishing the stochastic model of BDS observations. 2) In frame of stochstic model estimation, we study the data fusion method for BDS and other GNSS systems. For this issue, we need to address how to establish the unknown variance-covariance matrix that should be simple but can adequately specify the error behavior, and further study the efficient method to solve it. Finally, the relevant software packages will be developed for all algorithm outcomes, which will be applied in the integrated navigation software of BDS, GPS as well as GLONASS.

本项目研究北斗导航卫星系统（BDS）混合整数函数模型与随机模型数据的处理理论与方法。函数模型方面：1)分析BDS各轨道类型卫星空间几何变化对参数的几何增益效果，研究BDS不同应用函数模型的合理参数化方式，以及对增益较小参数的有效估计方法；2)研究以模糊度成功概率最大为目标的BDS多频模糊度最优整数序贯估计方法；研究BDS及与其他GNSS系统组合应用的部分模糊度固定方法，探索采用多个准则交叉检验且充分考虑模糊度精度与偏差影响的最优模糊度子集确定策略。随机模型方面：1)分析BDS数据的误差分布、精度以及相关性等随机统计特性，研究对随机特性建模从而构建BDS随机模型的方法；2)研究基于随机模型估计的BDS与其他GNSS系统数据融合方法，构造简单且能表征噪声变化特性的待估方差-协方差阵，并研究其高计算效率的估计方法。对算法研究成果开发软件包，并应用于BDS与GPS、GLONASS组合导航软件。

北斗卫星导航系统具有自身的轨道和数据特色，研究北斗数据处理理论与方法对于提升北斗应用水平、拓展北斗应用市场具有重要意义。项目研究涵盖了北斗应用函数模型和随机模型参数估计理论与方法，取得的主要成果包括：1.研究北斗三类卫星轨道结构和北斗/GNSS定位导航应用的普遍问题；提出了处理RTK应用中对流层和高程参数强相关的正则化方法；提出了自适应构建动力学模型的Kalman滤波方法，提升了北斗导航应用的精度和可靠性；研究了北斗/GNSS信号码偏差和频间偏差的估计、建模与预报方法，实现了多频多模GNSS数据的函数模型融合；研究了北斗/GNSS大尺度网络增强PPP的改正数不确定性估计及使用方法。2. 深入系统地研究了北斗/GNSS模糊度固定方法，提出了错误概率可控的模糊度固定系统解决方案，发展了逐次增加高度角的部分模糊度固定方案，成功应用于大尺度北斗/GNSS网络RTK和PPP；深入研究了北斗三频长距离RTK的模糊度固定和精密定位数学模型及其参数估计方法，并将其成功应用于北斗三频周跳和数据中断的修复。3. 深入系统地研究了BDS/GNSS随机模型估计理论，提出BDS三频信号随机特性评估方法，以及各项随机特性对参数估计的影响；提出单站北斗/GNSS观测值随机模型估计方法；研究了随机模型在定位与导航应用质量控制中的影响机制。4. 基于项目理论成果，研发了多项北斗/GNSS应用新技术，提出了阵列天线辅助的精密定位技术（A-PPP）和基于北斗三频信号的超宽巷实时动态定位技术（ERTK）；开发了多频多模长距离RTK以及单频多模低成本RTK等应用软件，在实际工程应用中得到了验证。项目共出版个人学术专著1部，发表论文34篇，其中SCI检索期刊论文20篇，EI检索期刊论文7篇；特别是在国际大地测量最高期刊《Journal of Geodesy》发表SCI论文6篇，在国际GNSS权威期刊《GPS Solutions》发表SCI论文5篇。获测绘科技进步一等奖1项（排名第二）、软件著作权授权6项、专利授权3项、专利审核2项，参加国际会议11人次、国内会议15人次。培养硕士生13人、博士生9名。