GPS伪卫星组合定位中伪卫星改进选址模型.pdfVIP

2015年2月 中国空间科学技术 第 1 期 ChineseScienceand Space Techn0109y GPS／伪卫星组合定位中伪卫星改进选址模型 刘超 林鹏 张敬霞 赵兴旺 (安徽理工大学测绘学院，淮南232001) 摘要 为了更为有效地改善GPs卫星的几何结构，提高GPS／伪卫星组合定位的精度， 在推导伪卫星增强GPS系统基本公式的基础上，阐述了GPs绝对定位精度因子的相关理 论，说明了引入伪卫星的必要性；提出了建立以观测时间、高度角和方位角为自变量，绝 对定位精度因子为因变量的四维选址模型，并采用一次性添加伪卫星方式，改进现有的逐 颗添加方式，建立了整体最优的伪卫星选址模型，给出了该模型的工作流程。以空间位置 精度因子PDOP为例，进行实测数据测试与分析，结果表明：基于两种伪卫星添加方式建 立的四维模型均可为高效的伪卫星选址工作提供可靠依据，实现伪卫星的优化选址；其中 一次性添加方式优于逐颗添加方式，尤其对于添加2颗伪卫星，PDOP值在局部的优化程 度达到了1．O以上，较大程度地改善了逐颗添加伪卫星方式产生的不利区域，可以提供更 为有效的伪卫星选址方案。 关键词 全球定位系统；伪卫星；精度因子；优化选址；组合定位；相对定位 DOI：10．3780／i．issn．1000一758X．2015．01．010 1 引言 在城市峡谷和露天矿坑等区域，GPs信号通常受到较为严重的遮挡，星座结构与卫星几何强度不 佳，严重影响定位精度。GPS／伪卫星组合定位技术的提出，为这一问题提供了有效的解决途径。国 内外学者在这一领域进行了深入的研究，相关的研究成果已经初步应用于露天矿边坡变形监测、坝体 变形监测以及建筑物变形监测等领域，并产生了良好的经济效益[1也。通常情况下，对于具体的工程 应用，对伪卫星进行优化选址，提高伪卫星的有效利用率，是野外观测前的主要工作。文献[5—7]在 of 给定备选方案的基础上，通过数值仿真模拟，根据不同方向精度因子(DilutionPrecision，DOP)的 变化趋势，选取合适的方案进行伪卫星的布设。通过大量的备选方案比较分析，该方法可以获得相对 较优的选址方案，但难以获得最优方案，特别是对于较多伪卫星选址的情况。 针对不同的应用场景，如何对优化区域(伪卫星或设站点)进行直观显示，进而进行方案选取， Dilutionof 得到了广泛关注。文献[8]基于设定的空间位置精度因子(PositionPrecision，PDOP) 阈值，采用设站区域三维地形图来确定最大的测试范围；另外，可以利用数字高程模型和可视域分 析等手段，采用智能优化算法，确定伪卫星的优化选址方案，进而确定可定位区域凹。10]；对于精密 相对定位，在确定设站点位置的基础上，对伪卫星待布设位置进行直观显示，将极大地提高伪卫星 的布设效率和定位精度。 安徽省自然科学基金(1308085QD71，1408085QD72)，中国博士后科学基金(2014Mjjl790)，安徽理工大学青年教师科学 研究基金(QN201302)资助项目 收稿日期：2014一06一05。收修改稿日期：201409—12 76 中国空间科学技术 2015年2月 笔者在文献[11]中提出建立一种伪卫星优化选址四维模型，该模型以观测时间、高度角和方位 角为自变量，不同方向DOP值为因变量。建立的选址模型可以对任意时刻伪卫星可能布设的位置 进行全景显示，用户仅需要根据现场地形情况，选择布设方案，极大地提高了伪卫星的使用效率。 但文献[11]建立的模型中，伪卫星的添加方式为逐颗加入，即基于前一颗伪卫星的确定位置， 建立添加一颗新伪卫星的四维模型，以达到当前条件的最优显示。该模型仅能达到该阶段相对最 优，难以达到在确定伪卫星数目