GPS/BDS衛星導航之方法與效能

  • 楊 開元

學生論文: Master's Thesis

摘要

隨著科技的進步與蓬勃發展,人們對於衛星導航服務品質的需求也日漸增高,對於衛星導航的使用者而言,其最為詬病的便是因遮蔽效應而導致衛星導航服務的中斷,或是因受到多路徑效應等衛星觀測量粗差的影響而導致衛星導航服務品質不佳。然而,由中國自主研發的北斗衛星導航系統 (BeiDou Navigation Satellite System BDS) 已於2012年底完成區域性系統的建置,並由14顆運行的衛星組網,提供服務給亞太地區的使用者,且由於BDS佈署了5顆地球靜止軌道衛星及5顆傾斜地球同步軌道衛星,故對於台灣的使用者而言,BDS的平均可視衛星數目儼然已成為全球導航衛星系統 (Global Navigation Satellite System GNSS) 之首,有鑑於此,以及GPS與BDS間之高度兼容性與互操作性,本研究嘗試將GPS與BDS進行整合,並提出了偵錯與整合之方法,以期能改善衛星導航之服務品質。 在使用GNSS的時候常因人為、環境或系統本身的因素而導致衛星觀測量產生粗差,而為了處理觀測量粗差對於衛星導航之服務品質的不良影響,本研究使用Data Snooping來進行衛星觀測量粗差的偵測與剔除;再者,雖然將GPS與BDS整合後可增進其衛星幾何強度,但由於GPS與BDS為兩異質性之系統,因此若僅單純地使用等權或固定權比例的方式來整合GPS與BDS,將無法精確地反映GPS與BDS觀測量本身的實際精度,且整合之成果並不理想,故本研究使用Helmert方差分量估計來計算GPS與BDS觀測量之權比例,使兩異質的系統能更自動化且妥善地結合。 本研究使用連續接收約31個小時的GPS以及BDS雙頻觀測資料,以進行GPS/BDS整合式系統之單點定位,且為了深入地探討GPS/BDS整合式系統之效能,本研究藉由設定衛星截仰角的方式來模擬各種觀測條件,最後再透過衛星可視性、衛星幾何強度、內部可靠性、外部可靠性以及導航性能需求中的精確度、完整性、連續性以及可用性等性能指標,分析及評估GPS/BDS整合系統之效能,並將其與單一導航衛星系統之成果進行比較。 研究成果顯示,本研究用以進行偵錯之方法,可有效地偵測並排除觀測量粗差,使得衛星導航保有其正常之服務品質,且相較於使用單一的導航衛星系統,GPS/BDS整合式系統更可克服觀測量粗差對衛星導航服務品質之不良影響;再者,藉由本研究所提出之整合方法,GPS/BDS整合式系統將可透過改正數資訊,自動化地求得GPS與BDS間之精確的權比例,使其在衛星幾何強度與觀測量誤差間取得權衡,除了可更妥善地整合兩異質性的GPS與BDS外,其整合後之定位精確度亦可優於GPS單系統,尤其當使用者處於非空曠的觀測環境時,GPS/BDS整合式系統相對於GPS單系統之定位精確度的改善程度可達約70%至95%,除此之外,GPS/BDS整合式系統在水平與垂直方向的可用性也可提高約0 31至0 84與0 39至0 49,由此可知,GPS/BDS整合式系統克服遮蔽效應之影響的能力比單系統要來得好。
獎項日期2014 八月 6
原文???core.languages.zh_ZH???
監督員Ming Yang (Supervisor)

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