基于模糊度固定的北斗地基增强系统基准站坐标稳定性研究与应用

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北斗卫星导航系统(以下简称北斗)是响应我国新时代国家安全与经济发展建设需求的最重要的空间基础设施之一。作为北斗的一环,北斗地基增强系统的稳定是北斗正常运行的重要保障。但在基准站稳定性方面,北斗地基增强系统尚未实现有效的监控。基准站是否稳定是考量北斗地基增强系统服务质量的重要指标,也是北斗地基增强系统提供长时间稳定高精度服务的基础。基准站坐标的变化可以综合反应一个基准站的稳定程度,大部分对基准站稳定性有影响的因素最终都会作用于基准站坐标的变化。因此为维护基准站框架稳定性、填补北斗地基增强系统建设的空白,本文对北斗地基增强系统展开基准站坐标稳定性研究,实现中科院行业数据处理中心对框架基准站坐标的稳定性监控,这对北斗地基增强系统的持续稳定运行和整个北斗的正常工作具有重要意义。根据北斗地基增强系统的实际工程应用需要,本文从精密单点定位(Precise Point Positioning,以下简称PPP)的基础模型出发,分析了模糊度固定算法对于精密单点定位性能的提升。同时,利用北斗地基增强系统框架网基准站原始观测数据,评估了2019年6月18日四川宜宾6.0级地震对于周边北斗地基增强系统基准站的影响,验证了基于模糊度固定精密单点定位算法在北斗地基增强系统基准站坐标稳定性分析中的具体效果,并研制实现了北斗地基增强系统基准站坐标稳定性监控软件。本文的主要研究内容及成果如下:(1)从精密单点定位基本模型出发,介绍了基于未校准硬件延迟的模糊度固定方法。主要基于星间单差组合观测模型,推导了星间单差宽窄巷未校准硬件延迟(Uncalibrated Phase Delays,以下简称UPD)的计算方法与流程。并根据宽窄巷UPD的相关理论研究,推导了基于UPD的模糊度固定算法,即基于UPD的模糊度固定单点定位模型。给出了一般情况下通过UPD实现模糊度固定精密单点定位解算的流程模型。同时阐述了在精密单点定位中常见的误差来源与误差处理办法,同时对本文采用的质量评估与控制指标进行了介绍。(2)基于IGS、MGEX和北斗地基增强系统框架基准站的原始观测数据,分析比较了lambda和fix固定模糊度方法,研究了模糊度固定算法对于静态定位与仿动态定位性能的提升效果。(3)基于成都、筠连、彭水等七个北斗地基增强系统框架基准站2019年6月的观测数据,利用模糊度固定定位算法进行基准站精密单点定位,研究短时间较强地震对北斗地基增强系统框架网基准站坐标稳定性的影响。通过数据对比发现:2019年6月18日四川宜宾地震对基准站坐标的影响与基准站-震源断裂带的相对方位有较大关联。进一步论证了建立北斗地基增强框架网基准站坐标稳定性监控系统的必要性。(4)基于模糊度固定PPP解算算法开发了北斗地基增强系统基准站坐标稳定性监控软件,实现了对于北斗地基增强系统框架网基准站原始观测数据传输状态、基准站数据可用性、基准站坐标稳定性的监控,用户展示操作界面与北斗地基增强系统数据质量分析软件相结合,进一步完善了北斗地基增强系统备份系统/中科院行业数据处理系统的功能。该软件为后续进一步面向中科院和社会提供服务,开发更多应用领域提供参考,为北斗地基增强系统平稳运行提供有力支持。
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