鄱阳湖地区高精度远程GNSS动态定位研究

Current multi-reference station (MRS) network technology can’t support long range (over 100 km) centimeter-level kinematic positioning. This hinders many applications of high precision kinematic positioning in variety of the academic research and engineering projects. The project will study a novel high-precision long range GNSS kinematic positioning MRS network technology and related algorithms. Based on the existing positioning error calculation method, the interpolating technique between mutil-reference stations networks, novel long range triple frequency network ambiguity resolution (AR) technique, tropospheric modeling method, efficient MRS network quality control procedure, and experimental verification method will be investigated in details, in order to solve the several key technologies on the high precision long-range positioning. The high-precision long range GNSS positioning method is a sophisticated research project, which involved multilayer information, error reduction method and data processing technology. The technology will be applied to the scientific research and engineering projects of high precision (centimeter level) satellite positioning and navigation in Poyang lake area, and the results of the project will have theory and practical values for the GNSS network optimization, topography mapping, aerial photogrammetry, airborne laser scanning and mineral exploration with airborne gravity method, the vegetation and aquatic biological monitoring in the Poyang lake area and so on.

当前的多参考站（MRS）网络技术不能支持远程（大于100Km）的厘米级动态定位。MRS在各种科学研究和工程技术工作中的许多高精度动态定位应用受到了限制。本项目将研究新颖的高精度远程GNSS动态定位MRS网络技术，并对MRS网络技术进行理论探讨。在已有的定位误差计算基础上，具体研究地面MRS参考站网间的插值技术，提出新颖的远程三频网络模糊度解算（AR）技术和对流层建模方法，以及高效的MRS网络质量控制程序和实验验证方法，解决远程高精度定位技术的若干关键技术。远程高精度定位是一个复杂的研究课题，涉及多层信息、误差改正方法和数据处理技术。该技术将应用于鄱阳湖地区高精度（厘米级）卫星定位和导航的科学研究和工程项目中，在湖区的GNSS站网建设、地形测绘、航空摄影、航空激光扫描及机载重力法矿物勘探、湖区植被和水生物监视等领域具有实际应用价值。

鄱阳湖地区高精度远程GNSS动态定位研究以GNSS虚拟参考站(VRS)技术在该地区的应用为重点。自主研发了SkyControl_VRS软件，并获得了软件著作权。该软件可以生成虚拟参考站观测值，主要模块包括观测文件的输入、卫星精密星历文件的输入、VRS网络误差改正数和VRS观测文件的生成。项目主要算法包括全球卫星定位系统参考站网络参考站间基线模糊度固定、基线误差计算（电离层延迟，对流层延迟，观测噪声等）、自适应卡尔曼滤波和基于距离的线性插值算法等。实验数据采用鄱阳湖地区卫星导航定位系统连续观测网络的实测数据，包括德安(DEAN)、湖口(HUKO)、都昌(DUCH)、鄱阳(POYA)等4个连续运行的参考站站，利用自主研发的软件和实测数据，在参考站网络内实现了远距离厘米级动态差分定位。结果表明其在实验网内水平方向精度为1~2cm、垂直方向精度为3~5厘米。对BDS、GPS数据分别进行虚拟参考站差分定位，结果表明：在远距离VRS定位中北斗和GPS均可以达到厘米级的定位精度。课题组还研究了非线性约束下的超短基线模糊度搜索方法、双基线姿态确定算法、多系统融合精密单点定位、GNSS对流层反演方法等, 深化和扩展了项目的理论和方法。研究了无迹卡尔曼滤波、联邦卡尔曼滤波和秩卡尔曼滤波等算法在导航定位中的应用，丰富了研究项目的内容。本项目还研究采用粒子群优化方法估计路径损耗模型的参数，研究了视觉和惯性传感器组合的室内移动机器人定位方法等，用于提高室内定位的精度。项目获得了国家发明专利，发表了相关的论文。另外，课题组还研究了GNSS信号用于潮位的反演方法和基于LS-SVM (Least Square-Support Vector Machine)的多系统融合GNSS-MR(Multipath Reflectometry)潮位反演方法，以及采用GPS/InSAR组合系统反演四川九寨沟地震同震形变和滑坡分布。项目成果可为鄱阳湖地区北斗的差分定位技术研究和实际工程项目提供理论依据和技术支持。