GPS/GLONASS/BD定位授时完整解决方案

huanya

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三系统兼容型接收机实现组合星座兼容导航、定位和测速；也可分别实现单星座的导航、定位和测速。

首先，卫星数量增多，可以在两个星座中选择几何分布好的卫星来进行定位，提高导航定位的精度、连续性和可靠性；其次，能够以较短的数据采集时间获得较高的导航定位精度；最后，兼容型用户机能够在繁杂的地形、地貌环境下补偿被中断接收的卫星信号，还能在一个星座因故不能用的情况下，采用另一个星座，以此来确保导航定位正常进行，提高卫星导航的可靠性。放宽了对载体测量地点和测量条件的限制。冗余的数据增加了定位结果的可靠性，降低了卫星信号被遮挡的可能性，最重要的是削弱了由一个国家对卫星系统控制的影响。

国内目前的三系统接收机主要有以下两种：一种是直接在国外进口的GPS/GLONASS接收机（的基础上，发展BD接收机并利用GPS/GLONASS接收机输出的原始数据进行组合结算来实现三系统定位授时应用；另外一种就是全耦合方式，将GPS/GLONASS/BD完全自主融合设计，从而实现完全意义上的三系统接收机。

该接收机的出发点是，将GPS、BD和GLONASS的原始观测数据(星历、伪距)同时输入数据处理器中。将这些数据进行格式转换、时间转换、坐标系转换、伪距组合，然后统一求解。这就允许全部BD数据、全部GPS数据、全部GLONASS数据，部分GPS数据、部分GLONASS数据以及部分BD数据混合定位。三种定位系统的组合定位，互相配合和补充，极大地提高了定位的可靠性。



组合定位的原理及方法简介



首先，将每个BD、GPS和GLONASS接收机输出数据转换为以米为单位的伪距，以秒为单位的卫星信号发送时间和卫星识别码。伪距测量如下：将GLONASS用户时减去码相位得到用户在一个特定的接收码前沿的时间。被修正的用户时减去从电文中得到的码前沿的卫星发送时间，就得到了在接收码前言时刻GLONASS伪距。

GLONASS卫星电文要通过接收机的奇偶校验，一旦检测到了错误，接收机错误状态标志就被置位，这组数据就被取消。正确的GLONASS电文可以进一步解调和解码，各种星历参数也要通过合理性检验，如果不合理就要被取消。

BD伪距的求解方法与上述类似。

具体计算过程：根据伪距、伪距变化率进行定位计算，选用最小二乘法，即对伪距方程采取线性化，然后进行反复迭代，直至误差满足要求为止，最后得到位置和时钟偏差，速度和时钟漂移等数据。

其中要注意以下问题：

（1）针对两个或者三个系统的时间不同步，在定位解算时，增加一个时间未知数变量，共有5（三系统6个）未知数，因此至少需要5颗卫星的数据才能得到有效的三维定位解，而且每个系统的卫星数不小于2颗。

（2）针对各个星座的坐标系不一致，在计算卫星位置的程序中，将各个坐标系下的数值转换到同一坐标系下。这样无论是单一定位还是混合定位，输出的定位结果均为同一坐标系的值，而且转换参数可以由外部设定。

（3）输出时间统一，无论是在单星座定位还是混合定位，输出的时间都是统一的UTC时间，这样就保证了在多种模式切换时，时间的一致性。



两种方案的差异：

GPS/GLONSS+BD：松耦合方式：通道延时不确定性带来的误差无法消除；时钟不共源带来的误差无法消除；

跟踪环路不同动态特性差异很大导致定位数据融合解算偏差大；成本代价大。

GPS/GLONASS/BD 紧耦合方式，可以有效避免上述原因带来的问题，提高了数据融合解算的精度，目前主要问题是数据刷新率低，对于超高速4Ma以上的场合偏差较大。



采用紧耦合方式实现的GPS/GLONASS/BD接收机，详细指标如下：

完全耦合型GPS/GLONASS/BD技术指标

(G3S2_32型）



跟踪信号：

GPS L1（C/A 码）、GLONASS、WYBD 北斗信号



定位模式：单BD工作模式、单 GPS 工作模式、单 GLONASS 工作模式、北斗与 GPS 融合定位模式、北斗与 GLONASS 融合定位模式、三系统自主融合定位模式。




数据更新率： 定位数据输出频率 1Hz

启动时间：GPS/GLONASS： 120s；BD：120s；失锁重捕时间：2s

速度精度：GPS/GLONASS：<0.15m/s；BD：<2m/s

动态性能：加速度： 小于 10g ；加加速度： 小于 2g/s


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