GNSS模糊度快速估计与检验理论研究

GNSS precise positioning based on the carrier-phase observation can achieve a centimeter- or even millimeter-sized precision, which makes it a broad application. One of the key points in GNSS precise positioning is the integer ambiguity must be correctly estimated, owing to the receiver can not record the integer cycles in the carrier-phase observers. The present integer ambiguity resolution (IAR) algorithms have two challenges: (i) the reliability in fast GNSS ambiguity estimation and (ii) the time efficiency in high dimensional GNSS ambiguity estimation. The study of fast GNSS ambiguity estimation and validation in this project is in four aspects. (1) Based on the lattice reduction theory, the high-performance reduction algorithm applied in IAR is studied. (2) Beyond the traditional carrier-phase combination method, a brand new combination model is studied. (3) The improvement of the regularization method and its application in GNSS IAR are studied. (4) Based on the rigorous treatment of integer hypotheses test, the GNSS ambiguity validation method with solid theoretical foundation is studied. Through these 4 aspects of study, the reliability and computational efficiency of the GNSS ambiguity estimation and validation could therefore be improved. Eventually, the GNSS integer ambiguity resolution theory could be developed.

利用GNSS载波相位观测量进行精密定位可以达到厘米甚至毫米级的精度，有广泛的应用前景。但是由于GNSS接收机无法记录观测载波的整周数，其定位解算中需要对载波相位整周模糊度参数做出正确估计，这也是GNSS精密定位研究的热点和难点之一。现有的模糊度估计和检验方法存在（i）在GNSS快速定位中可靠性不高，（ii）在模糊度维数较高时运算速度较慢的不足。本项目从4个方面研究GNSS模糊度快速估计与检验方法。（1）基于格基规约理论，研究模糊度解算中的高效规约算法；（2）打破传统载波相位组合模式，提出新的载波相位组合方法；（3）研究病态问题正则化估计方法，并把正则化估计与GNSS模糊度估计结合；（4）基于严格的整数空间假设检验理论研究模糊度检验，研究新的建立在坚实理论基础上的模糊度检验方法。通过这4方面的研究，提高GNSS模糊度快速估计的运算效率和可靠性，丰富GNSS模糊度解算理论。

利用GNSS载波相位观测量进行精密定位可以达到厘米甚至毫米级的精度，有广泛的应用前景。本项目围绕GNSS整周模糊度快速估计与检验问题展开研究，主要研究了以下几个部分内容：.首先研究了基于格基规约的模糊度快速估计方法。借鉴MIMO通信领域著名的SQRD和V-BLAST排序算法，重点研究了提高规约性能的排序算法。（i）提出了一种快速V-BLAST排序算法，大大降低了其运算复杂度，并在此基础上提出了循环快速V-BLAST规约方法。（ii）以格中的搜索算法为依据，提出了一种新的评价格基规约性能的条件标准差因子，比传统评价因子能更好地反映格基规约的性能。.其次研究了基于新载波相位组合方式的模糊度解算方法。提出了一种基于维数叠加的载波相位组合方式，构造出新的组合相位：“映射相位”。利用映射相位的整周约束、测距码观测信息和最小二乘函数提出了新的单历元精密定位算法。实验表明新算法解算成功率很接近LAMBDA方法，运算速度高于LAMBDA方法。.然后研究了正则化方法辅助的模糊度快速估计方法。围绕病态模型的正则化方法展开研究，并把正则化方法应用于GNSS模糊估计中。推导了先验最优的Tikhonov正则化矩阵；结合本文改进的TSVD正则化估计，提出了新的广义岭估计方法。把这种新方法应用于GNSS模糊度快速估计中，取得了明显的效果。.最后研究了基于整数空间假设检验的模糊度检验方法。在严格的整数空间假设检验理论的基础上研究模糊度检验问题。（i）推导了模糊度整数解的后验概率，提出了后验概率检验方法。仿真和实测实验表明后验概率检验的性能优于现在常用的几种检验方法。（ii）证明了后验概率检验是最优的模糊度检验方法。（iii）推导了后验概率检验的失败率上界。使得后验概率检验的失败率在使用过程中可被控制。通过实验证明了文中推导的失败率上界的有效性。