全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)是空間信息領(lǐng)域發(fā)展的重要方向之一。由于其可以提供高精度、連續(xù)性、實時性的定位、導(dǎo)航和授時服務(wù),已成為世界強國間新一輪的競爭焦點。精密單點定位技術(shù)是利用載波相位和偽距觀測值以及精密衛(wèi)星產(chǎn)品數(shù)據(jù)實現(xiàn)高精度絕對定位的一種方法,該技術(shù)自1997年首次提出以來已經(jīng)過了近20年的發(fā)展。在此期間,精密單點定位技術(shù)由靜態(tài)發(fā)展到動態(tài)、由事后發(fā)展到實時、由雙頻拓展到單頻和多頻、由GPS單系統(tǒng)發(fā)展到GNSS多系統(tǒng)、由模糊度浮點解發(fā)展到模糊度固定解,這些進展極大地拓展了精密單點定位技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。隨著我國北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)(BDS)建設(shè)的提速,歐盟Galileo系統(tǒng)的穩(wěn)步推進,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)家族迎來了BDS和Galileo兩位新成員。增強GPS、GLONASS、BDS、Galileo這四大全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)之間的兼容與互操作已經(jīng)成為GNSS發(fā)展的一種趨勢。在此背景下,作者將多年來在GNSS多系統(tǒng)組合定位方面的研究工作進行了系統(tǒng)總結(jié)與整理,撰寫出版本書。其目的在于系統(tǒng)闡述多模GNSS融合精密單點定位的理論、方法和實現(xiàn),使讀者能夠?qū)軉吸c定位技術(shù)有一個系統(tǒng)、全面的理解,對GPS、GLONASS、BDS、Galileo四大全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的組合定位方法有一個清晰的認識,促進我國BDS與其他GNSS在高精度定位領(lǐng)域的組合應(yīng)用。
為了保證技術(shù)體系的完整性,盡管作者在精密定軌、誤差源及處理、粗差探測、鐘跳處理、參數(shù)估計方法等方面開展的研究工作較少,但書中仍包含這些方面的內(nèi)容。GPS、BDS、Galileo系統(tǒng)都已經(jīng)開始播發(fā)多頻觀測數(shù)據(jù),作者在多頻精密單點定位方面的研究工作還在進行中,研究成果還不完善,因而關(guān)于多頻精密單點定位方面的內(nèi)容未包含在本書中。作者在GPS和GLONASS組合精密單點定位方面開展了較多的研究工作,因而此部分內(nèi)容在本書中占有較大的篇幅。
為了方便讀者了解,這里對本書內(nèi)容進行簡要介紹。
第1章闡述GNSS定位技術(shù)的發(fā)展過程,對GNSS精密單點定位技術(shù)的發(fā)展進行回顧,分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,概括本書包含的主要技術(shù)內(nèi)容。
第2章介紹GPS和GLONASS的現(xiàn)代化計劃以及BDS和Galileo系統(tǒng)建設(shè)的進展情況;從系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)與時空基準方面比較GPS、GLONASS、BDS和Galileo四大全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)。
第3章介紹衛(wèi)星運動理論、衛(wèi)星動力學(xué)模型和數(shù)值積分方法,對軌道攝動力模型進行闡述,分析GPS、GLONASS、BDS和Galileo精密定軌的研究現(xiàn)狀。
第4章討論衛(wèi)星定位中通常需要考慮的誤差源及其處理方法,以及精密單點定位中需要特別對待的誤差源及其改正方法。
第5章介紹幾種常用的粗差探測方法;對非差載波相位觀測值的周跳探測與修復(fù)方法進行討論,提出一種基于寬巷組合的移動窗口濾波法,與電離層殘差二次時間差法聯(lián)合探測與修復(fù)周跳;對接收機存在鐘跳的情況進行介紹。
第6章介紹幾種參數(shù)估計方法,包括序貫最小二乘、卡爾曼濾波、自適應(yīng)卡爾曼濾波和抗差估計方法;歸納總結(jié)GPS精密單點定位常用的四種定位模型,即傳統(tǒng)模型、UofC模型、非組合模型和消模糊度模型;闡述精密單點定位處理中的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方法。
第7章推導(dǎo)融合GPS/GLONASS的傳統(tǒng)精密單點定位模型和UofC精密單點定位模型,討論兩種模型的觀測值隨機模型和參數(shù)隨機模型;發(fā)展單頻GPS/GLONASS精密單點定位處理方法,提出一種GLONASS衛(wèi)星頻率信道號的自主識別方法,對雙系統(tǒng)組合PDOP計算方法進行定義。
第8章回顧幾種典型的GPS精密單點定位中固定模糊度的方法,在此基礎(chǔ)上建立融合GPS/GLONASS的精密單點定位模糊度固定解方法;通過實例數(shù)據(jù)驗證GPS/GLONASS組合精密單點定位模糊度固定解方法的優(yōu)越性。
第9章建立GPS/GLONASS/BDS/Galileo四系統(tǒng)組合精密單點定位的觀測模型和隨機模型,開發(fā)多模GNSS融合精密單點定位軟件(MIPS-PPP),基于此軟件利用實例數(shù)據(jù)從定位精度與收斂時間兩個方面對其性能進行評估。
第10章展示多模精密單點定位技術(shù)在對流層水汽三維層析反演中的應(yīng)用;闡述聯(lián)合使用非迭代與迭代重構(gòu)算法進行層析計算的思想。