顾及多类观测值特征的北斗定位随机模型研究

The rigorous stochastic model is one of the main factors that affect the unbiasedness, accuracy and reliability of parameter estimation, which is very important in the field of high precision navigation and positioning of BeiDou Navigation Satellite System ( BDS ). The existing stochastic model of BDS not only could not reflect the real accuracy of the various types of observations, but also ignore the impact of the relevant characteristics. It is difficult to meet the requirements of fast and high precision positioning. This project aims to establish a scientific, accurate and efficient BDS stochastic model, which considering the systematic error of different types of satellites, the unclear accuracy of the ranging accuracy and the strong time correlation between the observations of GEO/IGSO satellites. This project includes the following aspects: 1) To study the method of eliminating the influence of BDS system error, and then evaluating the ranging accuracy of different types of observations to provide accurate basic information for the establishment of the BDS stochastic model; 2) Analyze the effects of observation noise characteristic and time correlation on positioning accuracy and reliability to establish the time correlation model; 3) to establish a stochastic model of the BDS taking into account the range accuracy and time correlation information of the observations, and verify the applicability and reliability of the model. The implementation of this project not only can improve the accuracy and reliability of the BDS positioning, but also has important theoretical significance and accelerate the application of BDS navigation and positioning.

严密的随机模型是影响参数估值的无偏性、精度和可靠性的主要因素之一，其在北斗高精度导航与定位领域至关重要。现有的北斗随机模型在精确描述系统内部多类型观测值精度及其相互关系等方面尚有不足，难以满足快速高精度定位的要求。本项目拟针对北斗系统不同类型卫星和不同频率观测值的系统误差制约、测距精度不明确以及GEO/IGSO卫星的观测值间存在较强时间相关性等问题，以建立科学、准确、高效的随机模型为目标开展研究工作。具体内容如下：1）研究消除北斗系统误差影响的方法，进而精确评定不同类型观测值的测距精度，为建立北斗随机模型提供基础；2）研究观测值时间相关性及噪声变化特征，分析其对定位精度和可靠性的影响，建立有效的时间相关性模型；3）在上述研究基础上，建立顾及观测值精度和时间相关性信息的北斗随机模型，并验证模型的适用性和可靠性。项目的开展对我国北斗高精度导航与定位的应用和推广具有重要的理论意义和应用价值。

严密的随机模型是影响参数估值的无偏性、精度和可靠性的主要因素之一，其在北斗高精度导航与定位领域至关重要。项目针对现有的北斗随机模型在精确描述系统内部多类型观测值精度及其相互关系方面的不足，难以满足快速高精度定位的要求的问题，开展了北斗系统不同类型卫星和不同频率观测值的系统误差、测距精度以及时间相关性等方面的研究，建立了科学、准确、高效的随机模型并利用实测数据对提出的模型进行了测试分析，得到了较好的效果。具体研究内容包含以下：（1）采用零极限模式消除系统误差的影响，研究观测值的噪声特征、时间相关性、测距精度等；（2）采用最小二乘方差分量估计方法，对不同类型观测值的验后方差进行了估计，并根据不同类型观测值特征建立了基于观测值信息的随机模型；（3）利用单点定位、差分定位方式对随机模型定位精度、模糊度固定率等进行了研究。研究结果表明：（1）GEO和IGSO受其轨道影响，时间相关性相对于MEO存在较强的相关性，在随机模型建立时应充分考虑时间相关性的影响；（2）BDS的B1测距码信号与高度角存在强相关，而B2信号相关性较小，且B2信号精度明显优于B1信号；（3）提出的随机模型对于单历元单点定位在不影响运算效率的情况下可以有效提高定位精度；（4）提出的随机模型对于差分定位不但可以提高模糊度固定率，对于基线解算精度也有显著提高。项目提出的随机模型建立及优化方案不仅揭示了北斗的信号特征，建立了科学的随机模型提高了定位精度。项目组还对提出的方案用于GNSS/UWB数据融合等方面，结果表明，项目提出的随机模型解决方案可以用于解决多源数据联合数据处理中不同类型观测值的融合问题。