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GALILEO 和GPS 组合导航的可行性分析研究 1 1 2 王潜心 ，陈正阳 ，龚佑兴 1 中南大学信息物理工程学院，湖南省长沙市 (410083) 2 国防科学技术大学，湖南省长沙市 (410073) E-mail ：dddrrrddd@ 摘 要：本文研究讨论了Galileo 系统和GPS 系统间不同频率的观测值自由组合的问题。首 先作者分析了实现不同卫星定位系统不同频率间观测值的自由组合的意义；其后作者介绍了 国内外对组合观测值问题的研究历程和现状，并指出了目前存在的主要问题；然后作者从理 论上证明了Galileo 系统和GPS 系统间不同频率的观测值组合的可行性；最后作者得到了一 些有益的结论和建议。 关键词：Galileo/GPS； 组合观测值；误差分析；模糊度求解 中图分类号： P228 文献标识码：A 1 引言 在 GPS 数据处理中，组合观测值的概念已经广为人知了。但以前的研究都属于同一系 统间观测值的组合问题。随着Galileo 系统的逐步建成并投入使用和GPS 的现代化，以及我 国北斗卫星定位系统的进一步完善[1] ，不同卫星定位系统间不同频率的观测值如何进行组 合，成了一个急需要解决的问题。如果只是按照以前的方法，即GPS 的卫星和GPS 的卫星 相差，Galileo 的卫星和Galileo 的卫星相差，然后一并组成观测方程求解，则只是增加了观 测方程的数目。当然这也是有益的，但是没有充分利用双系统的优势。由于GPS 将有3 个 频率，Galileo 系统设计为4 个频率[2]，那么未来我们的组合系统将拥有多个不同的频率。如 何实现不同卫星定位系统间不同频率的观测值自由组合，本文对此展开了讨论。 2 研究现状和主要问题 对全球卫星定位系统的观测值进行组合是其数据后处理方法中的一个重要手段。它伴随 着卫星信号频率数的不断增加而逐渐的发展完善。在 GPS 出现的初期阶段，人们便开始研 究GPS 两个不同频率间观测值的组合问题。1985 年，Melbourne 和Wubbena 首先提出了利 用双频伪距和双频相位组合来进行整周模糊度分解的思想[3] 。1992 年，Marc Cocard 和Alain Geiger 等提出了GPS 组合观测值的统一公式[4] 。 随着GPS 卫星信号第三频率L5 的出现，人们开始关注三个不同频率间组合观测值的问 题。1997 年，Harris, R.A.和Forssel, B.首先对三个不同频率的组合观测值进行了研究，并提 出了著名的“Bridging the Wavelength Gap”思想，来快速解算整周模糊度[5-6] 。2003 年，GPS 模糊度解算方面的专家Teunissen 利用三个不同频率间观测值的组合，得出了一组既能消除 电离层影响又能保持模糊度为整数的组合观测值，其波长为12.47 厘米（而双频条件下能满 足以上要求的组合观测值77NL1+ 60NL2 ，其波长只有6.3 毫米），从而大大提高了模糊度解 算的速度和成功率[7] 近年来，随着Galileo 系统的兴起，各国专家学者便开始研究多个不同频率间观测值的 -1- 组合问题。2003 年，Wolfgang Werner 和 Jon Winkel 首先提出了 MCAR (Multiple Carrier Ambiguity Resolution) 的概念[8] 。2005 年，武汉大学的王泽民教授和作者也都对Galileo 系 统的多个不同频率间观测值的组合问题进行了探讨，并得出了一些初步的结论[9-10] 。 尽管国内外的专家学者对Galileo 和GPS 两个单独系统组合观测值的问题已经进行了许 多的研究工作，但仍然还存在以下问题： 1、对于GPS 双频组合：①目前电离层延迟影响只能消除到一阶；②既能消除电离层一 阶影响，又能保持模糊度为整的组合（77NL1+ 60NL2 ），其波长只有6.3