多系统RTK精度可控的多尺度、超快速定位技术研究

Faced with the practical demand in geomatics and many emerging industries, this project aims at controllable precision in the whole process and performs “RTK without initialization” and “quality control of carrier range”, to resolve the problems of continuity, instantaneity and multi-scale representation in multi-system RTK positioning. The concrete research approaches are as follows: establishing constraint conditions including information of extra-wide-lane/ wide-lane integer parameters and so on to strengthen the robustness of multi-frequency/ dual-frequency fusion parameter estimation model; researching the methods of integer parameter estimation that (extra) wide-lane/ narrow-lane ambiguity is fixed partially in the same level and stepwise while taking timeliness and reliability of multidimensional ambiguity resolution into consideration; proposing the method of gross error detection to strengthen the controllability of carrier range precision based on the multi-dimensional redundant information and the variability of observation structure; achieving “extra-wide-lane/wide-lane, wide-lane and narrow-lane mixed, narrow-lane” multi-scale positioning with gradual and controllable precision by determining functional model/stochastic model of wide-lane/narrow-lane observation combined positioning instantaneously. Project results are expected to have breakthroughs for the limitations of RTK including single scale, precision-uncontrollable and time-consuming initialization process and so on, to fulfill the demand for the diversity and differentiation of high-precision positioning in modern geomatics and newly developing location-based service industries.

面向测绘和新兴行业应用的实际需求，以过程精度可控为根本出发点，实施“去RTK初始化过程”和 “载波距质量控制”，解决多系统RTK定位的连续性、实时性和多尺度表达问题。具体研究思路为：建立（超）宽项整参数等信息约束条件，提升多频/双频融合参数估计模型的健壮性；研究“（超）宽/窄巷分步、同级部分固定”整参数估计方法，兼顾多维模糊度解算的时效性与可靠性；提出基于多维冗余信息和观测结构可变性的观测粗差检测方法，强化载波距精度的可控性；通过即时确定宽/窄巷观测值混合定位函数模型/随机模型，实现“（超）宽巷-宽巷/窄巷混合-窄巷”精度渐进且可控的多尺度表达。项目成果有望突破RTK技术尺度单一、初始化耗时且精度不可控等局限性，满足现代测绘和新兴位置服务行业对高精度定位多样性和差异化的需求。

面向测绘和新兴行业应用的实际需求，项目以多系统GNSS融合的多尺度、超快速RTK定位技术为研究对象，致力于提升RTK定位的实时性、连续性等性能。围绕研究目标，主要开展了以下四方面的研究：（1）研究了多系统多频观测信息的融合处理模型。以率先固定的多频超宽巷/宽巷为整数条件，对窄巷解算实施约束，提升了整参数估计模型强度；在此基础上，建立了顾及系统间偏差的多系统GNSS紧组合模型，在复杂观测环境下RTK定位的精度和可靠性显著改善；（2）研究了基于分步/部分固定策略的整参数快速估计方法。重点研究了顾及高度角和连续跟踪次数的模糊度子集选取方法，通过优选子集的快速固定，能够在厘米级精度的前提下，实现RTK定位的快速初始化；（3）研究了基于验后残差的观测值质量控制方法。提出了基于验后残差的超宽巷/宽巷载波距质量控制方法，能够有效探测模糊度解算错误引入的粗差；针对复杂环境下GNSS观测易受粗差影响问题，提出了基于卡方检验的分步粗差抗差自适应滤波算法，有效减弱了观测值相关性对残差判别的影响，降低了粗差误探率；（4）建立了基于三频的多尺度定位模型。利用三频超宽巷/宽巷观测值，建立了忽略及顾及电离层延迟影响的两类多尺度定位模型，并采用基线长度不等的多组BDS三频实测数据进行了测试和评估，结果表明：使用三频超宽巷/宽巷相比伪距，定位精度能够得到显著提升，对于80km内的中长基线，忽略电离层延迟依然能够实现单历元亚分米级、分米级至亚米级的定位精度；长基线多历元模式下，可采用估计电离层模型，通过引入窄巷方程能有效削弱观测噪声的影响。通过上述研究，实现了厘米至亚米级的高实时性、高连续性多尺度定位技术，同时通过整参数固定和观测质量的过程控制，保障了定位的可靠性。项目共发表学术论文29篇，申请发明专利12项（已授权2项），培养博士研究生3名、硕士研究生5名。研究成果对满足现代测绘和新兴位置服务行业对高精度定位多样性和差异化需求具有重要意义。