GPS/GLONASS组合静态相位相对定位算法

论文介绍了GPS/GLONASS组合静态相位相对定位模型,将GLONASS双差观测方程的模糊度参数表示成参考卫星的单差模糊度和双差模糊度参数;用误差分析法证明了单差模糊度按实参数估计不影响基线解算精度,而GLONASS双差模糊度必须按整参数进行解算;用Helmert方差分量估计确定GPS和GLONASS观测值的合理权比。实际观测数据处理结果表明：GPS/GLONASS组合定位较单一系统解算的基线精度均有提高,尤其比GLONASS单系统的解算精度有显著提高,比GPS单系统的精度也有适当提高,其中单历元基线解算精度约提高了10%,当单一系统的可用卫星数少于4颗时,GPS/GLONASS组合定位更具有应用价值。     

组合GPS／GLONASS精密定位的观测值随机模型

为了获得组合GPS／GLONASS精密定位结果，该文从理论和数值实例两方面分析了研究组合GPS／GLONASS观测值随机模型的重要性，提出了两种利用观测值的误差残差估计随机模型的方法，即验后估计法和方差－协方差迭代法。理论和数值结果表明，这两种随机模型估计方法与采用经验随机模型相比，可以提高整周模糊度解算的可靠性和定位精度，所提出的观测值随机模型估计方法理论上更严格，实践上可行，并建议采用方差－协方差迭代法估计组合GPS／GLONASS精密定位的观测值随机模型。     

CDMA+FDMA非差非组合区域PPP-RTKEI北大核心CSCD

为顺应多频多模发展趋势,PPP-RTK技术正逐步由传统的消电离层组合数据处理模式发展为非差非组合模式。现有非差非组合PPP-RTK研究多针对码分多址(CDMA)系统,而频分多址(FDMA)PPP-RTK受频率间偏差的影响难以实现。本文针对区域参考网,提出了一种CDMA+FDMA多系统非差非组合PPP-RTK模型,该模型能灵活处理多频多模两类信号体制的数据。为了实现FDMA PPP-RTK,本文利用整数可估理论保证了模糊度固定的严密性,该FDMA PPP-RTK模型适用于同款接收机的参考网。本文采集了香港地区连续运行参考网的GPS、BDS、Galileo、GLONASS数据进行试验,数据采样率为30 s。服务端结果表明,由于各产品之间高度相关,对组合产品进行精度评估是有必要的。组合卫星钟差、卫星相位偏差和电离层产品后,精度达到毫米级,满足用户精密改正的要求。用户端仿动态定位结果表明,GPS、BDS和Galileo单系统PPP-RTK分别在5、1和3 min实现了模糊度首次固定,定位误差收敛至厘米级。GLONASS组合GPS实现了首历元模糊度固定,定位精度比GPS单系统提升了9%、12%、14%(东、北、天3个方向)。BDS组合GPS同样能实现首历元模糊度固定,定位精度比GPS单系统提升了29%、22%、18%,额外加入Galileo观测值,定位精度进一步提升了12%、8%、16%。再加入GLONASS观测值,定位精度仍有小幅提升(4%、3%、8%)。     

基于等价观测方程的GPS/GLONASS组合多基线解算方法

进行独立参数化时,GNSS观测方程的双差、单差与非差观测方程理论上是等价的。利用按高度角定权的模型以及不同测站跟踪不同数量卫星的等价观测方程,实现基于简化等价观测方程的GPS/GLONASS组合多基线解算,包括多基线模糊度的固定、基线向量的解算与精度分析,并用多个测站的GPS/GLONASS同步实测载波相位和码伪距观测数据完成多基线解算分析。计算结果表明,由于多个测站的同时作用导致几何强度增强,降低模糊度间的相关性,有利于模糊度的快速解算;同时简化等价观测方程,提高法方程的形成速度,解算的基线精度也优于单基线解算模式。     

GLONASS频间码偏差实时估计方法及其在RTK定位中的应用

GLONASS伪距频间偏差难以利用经验模型消除。在RTK定位解算中,尤其是需顾及大气延迟的中长距离异质基线,IFCB会降低模糊度收敛速度,甚至导致模糊度固定错误。本文基于双差HMW组合和消电离层组合,提出一种站间IFCB实时估计算法,实时获取各频段的非组合站间单差IFCB。试验结果表明,站间IFCB长期稳定,可达数个纳秒;在GPS/GLONASS观测值先验误差比值为3：5的条件下,未改正的IFCB可能导致基线GPS/GLONASS组合RTK定位性能比单GPS差。将本文提出算法应用于RTK定位,能够有效消除IFCB的影响,RTK模糊度浮点解精度、定位收敛速度和固定率都有明显改善,部分基线的RTK定位首次固定时间从9.2 s提高到2.1 s,固定解比率从84.5%提高到97.9%。     

单频精密单点定位观测模型和电离层处理方法比较

利用单频码、相位和GRAPHIC组合3个观测量的两两组合可以构造3种单频精密单点定位观测模型:基于码和GRAPHIC观测量的C-G模型,基于GRAPHIC和相位观测量的G-P模型和基于码和相位观测量的C-P模型。针对电离层延迟改正问题,考虑了最高精度的模型改正方法——IGS格网电离层改正和估计电离层延迟参数两种方案。采用全球分布的15个IGS监测站16d的数据和一组机载动态GPS数据进行解算实验。结果表明,不同观测模型和不同的电离层延迟处理方法,定位效果有明显差异。     

基于相位差分的GPS/GLONASS组合定位算法研究

针对短基线详细研究GPS/GLONASS组合定位函数模型,引入一种简单易行的模糊度求解方法以正确固定GLONASS模糊度,最后笔者自编软件实现基于相位差分的GPS/GLONASS高精度组合定位,并采用实际数据验证其正确性和有效性。结果表明：GPS/GLONASS组合系统优于单系统,采用相位观测值可获得高精度定位结果。     

单站多参数GLONASS码频间偏差估计及其对组合精密单点定位的影响

在分析传统GPS/GLONASS组合PPP数学模型中忽略GLONASS码IFB不足的基础上,提出一种基于"多参数"的组合PPP与码IFB估计算法。将"频间偏差"与"系统时差"参数进行合并,通过引入多个独立的"时频偏差"参数对组合PPP中的GLONASS码IFB进行函数模型补偿,同时可实现基于单个测站观测数据的码IFB精确估计。对配备6种GNSS品牌接收机的30个IGS站实测数据进行GLONASS码IFB估计与分析。结果表明:各品牌接收机不同频率通道的GLONASS码IFB可达数米,且表现出与频率的明显相关性,但难以通过简单函数建模为其提供精确的先验改正值;相同品牌接收机的GLONASS码IFB整体上具有相似的特性,而在个别测站会表现出异常特征;即使接收机类型、固件版本及天线类型完全相同的测站,GLONASS码IFB值也可能存在显著差异。新算法能实现对GLONASS码IFB的有效补偿,明显加快组合PPP的收敛速度。虽然引入多个附加参数会导致函数模型自由度减小,但对定位精度的影响有限,与传统"单参数"法进行组合PPP的定位精度相当。     

长距离GPS/BDS参考站网多频载波相位整周模糊度解算方法

长距离网络RTK是实现GPS/BDS高精度实时定位的主要手段之一,其核心是长距离参考站网GPS/BDS整周模糊度的快速准确确定。本文提出了一种长距离GPS/BDS参考站网载波相位整周模糊度解算方法,首先利用GPS双频观测数据计算和确定宽巷整周模糊度,同时利用BDS的B2、B3频率观测值确定超宽巷整周模糊度。然后建立GPS载波相位整周模糊度和大气延迟误差的参数估计模型,附加双差宽巷整周模糊度的约束,解算双差载波相位整周模糊度,并建立参考站网大气延迟误差的空间相关模型。根据B2、B3频率的超宽巷整周模糊度建立包含大气误差参数的载波相位整周模糊度解算模型,利用大气延迟误差空间相关模型约束BDS双差载波相位整周模糊度的解算。克服了传统的使用无电离层组合值解算整周模糊度的不利影响。采用实测长距离CORS网GPS、BDS多频观测数据进行算法验证,试验结果证明该方法可实现长距离参考站网GPS/BDS载波相位整周模糊度的准确固定。     

GNSS观测值统一表达及组合PPP解算性能分析

针对GNSS多系统组合进行PPP定位的问题,推导了GNSS观测值统一表达式;进而给出了基于UofC模型的多系统组合PPP的函数模型和随机模型;最后采用6个IGS观测站24 h观测数据对7种组合模型的PPP进行解算,并从收敛率、收敛速度和定位精度等方面进行了统计分析。实验结果表明,当观测时长为60 min时,GPS/GLONASS/BDS组合PPP收敛性能最好,收敛率为91.7%,平均收敛时间为16.1 min;而BDS PPP收敛性能最差,收敛率仅为32.7%,平均收敛时间为38.4 min。可见,多系统组合有利于提高精密单点定位的解算性能。对于定位精度,在观测时长较短时(如0.5 h),GPS/GLONASS/BDS组合PPP整体上具有最优的定位精度,(N,E)方向偏差和标准差分别为(0.3,0.5)cm和(1.9,4.3)cm;短时间内对流层参数与垂直方向的强相关性,将致使U方向精度较差。     

一种改进的精密单点定位模型

针对现有精密单点定位（PPP）模型收敛慢的问题,提出了一种改进的PPP定位模型。采用码相位半合组合观测值以及几何无关组合观测值分别降低码伪距观测噪声和轨道误差的影响,该模型不仅具有较小的观测噪声,还降低了轨道误差影响。实验结果表明,引入新的组合观测值后明显改善了PPP的解算性能。当观测时长为0.5 h时,采用所提模型的收敛率较标准非组合（un-combined model,UC）模型、UofC（university of calgary model）模型和标准非差无电离层组合（un-difference ionosphere free combined model,UD）模型分别提高了37.6%、4.2%和235.9%,且收敛速度有明显提高;在定位精度方面,新模型与UofC模型较为一致,但明显优于UC和UD模型;采用新模型估计的天顶对流层延迟与UC模型较为一致,且高于UofC和UD模型。     

多系统双频精密单点定位不同模型下性能比较分析

通过2018年1月多全球卫星导航系统（GNSS）实验(MGEX)的十个测站数据,采用无电离层模型和非差非组合模型,对单系统、双系统和四系统精密单点定位（PPP）进行定位性能分析,定位性能包括收敛时间和定位精度. 实验结果表明,两种PPP模型定位性能相当,但优于单频PPP,在E、N和U方向收敛时间缩短20 min左右,定位精度提高1.6 cm左右;联合多系统能够增加卫星数,改善卫星间几何构型,提升PPP的定位性能. 对GLONASS伪距频间偏差（IFB）采用估计每颗GLONASS卫星的伪距IFB模型和伪距IFB为频率二次多项式模型提升PPP的定位性能,结果表明估计每颗GLONASS卫星的伪距IFB模型要优于伪距IFB为频率二次多项式模型,估计伪距IFB相比忽略伪距IFB在PPP定位性能上有不同程度的提升.      

Modeling and assessment of combined GPS/GLONASS precise point positioning

A combination of GPS and GLONASS observations can offer improved reliability, availability and accuracy for precise point positioning (PPP). We present and analyze a combined GPS/GLONASS PPP model, including both functional and stochastic components. Numerical comparison and analysis are conducted with respect to PPP based on only GPS or GLONASS observations to demonstrate the benefits of the combined GPS/GLONASS PPP. The observation residuals are analyzed for more appropriate stochastic modeling for observations from different navigation systems. An analysis is also made using different precise orbit and clock products. The performance of the combined GPS/GLONASS PPP is assessed using both static and kinematic data. The results indicate that the convergence time can be significantly reduced with the addition of GLONASS data. The positioning accuracy, however, is not significantly improved by adding GLONASS data if there is a sufficient number of GPS satellites with good geometry.     

3种GPS+BDS组合PPP模型比较与分析

无电离层组合和非组合模型是GNSS精密单点定位(PPP)常用的两种函数模型。本文通过详细分析PPP的两种函数模型各类参数间的相关特性,建立了参数独立的函数模型。对非组合PPP模型的电离层参数引入虚拟观测方程进行约束,有效提高了PPP的收敛速度。最后,从定位精度和收敛时间两方面分析不同函数模型的GPS单系统和GPS+BDS组合PPP静态、模拟动态定位效果。结果表明:GPS单系统和GPS+BDS组合PPP定位精度相当,静态的无电离层组合与非组合PPP均可达到厘米至毫米级精度,动态PPP精度的平面优于3cm,高程优于5cm;无电离层组合PPP收敛时间优于非组合的PPP,电离层加权非组合PPP的收敛时间最短。动态定位中,电离层加权模型相比于无电离层组合模型,可减少约15%的收敛时间,相比于非组合模型,可减少约34%。     

Integrating GPS and GLONASS to accelerate convergence and initialization times of precise point positioning

The main challenge of dual-frequency precise point positioning (PPP) is that it requires about 30 min to obtain centimeter-level accuracy or to succeed in the first ambiguity-fixing. Currently, PPP is generally conducted with GPS only using the ionosphere-free combination. We adopt a single-differenced (SD) between-satellite PPP model to combine the GPS and GLONASS raw dual-frequency carrier phase measurements, in which the GPS satellite with the highest elevation is selected as the reference satellite to form the SD between-satellite measurements. We use a 7-day data set from 178 IGS stations to investigate the contribution of GLONASS observations to both ambiguity-float and ambiguity-fixed SD PPP solutions, in both kinematic and static modes. In ambiguity-fixed PPP, we only attempt to fix GPS integer ambiguities, leaving GLONASS ambiguities as float values. Numerous experimental results show that PPP with GLONASS and GPS requires much less convergence time than that of PPP with GPS alone. For ambiguity-float PPP, the average convergence time can be reduced by 45.9 % from 22.9 to 12.4 min in static mode and by 57.9 % from 40.6 to 17.7 min in kinematic mode, respectively. For ambiguity-fixed PPP, the average time to the first-fixed solution can be reduced by 27.4 % from 21.6 to 15.7 min in static mode and by 42.0 % from 34.4 to 20.0 min in kinematic mode, respectively. Experimental results also show that the less the GPS satellites are used in float PPP, the more significant is the reduction in convergence time when adding GLONASS observations. In addition, on average, more than 4 GLONASS satellites can be observed for most 2-h observation sessions. Nearly, the same improvement in convergence time reduction is achieved for those observations.     

GPS/GLONASS组合精密单点定位研究

讨论了GPS/GLONASS组合精密单点定位的数学模型,并以IRKJ跟踪站的观测数据为例,分别利用GPS和GPS/GLONASS组合两种方式进行精密单点定位解算。计算结果表明,当GPS观测卫星数较多(9~10颗)时,组合GPS/GLONASS较单系统GPS的精密单点定位精度及收敛速度有一定改善,但效果不明显。当GPS卫星数较少(4~5颗)时,引入GLONASS卫星进行GPS/GLONASS组合精密单点定位,其定位精度及收敛速度较单系统GPS精密单点均有显著改善。     

Android智能手机GNSS定位性能分析

随着全球卫星导航系统(GNSS)的发展和移动通信技术的进步,用户对位置服务(LBS)提出了更高的要求. 本文采用市面上常见的两部Android智能手机采集GNSS数据,对Android智能手机伪距单点定位(SPP)和单频精密单点定位(PPP)算法进行研究,分析了在不同条件下智能手机的SPP、单频PPP定位性能. 结果表明:在使用多普勒平滑伪距和信噪比随机模型的基础上,Android智能手机GPS单系统的SPP定位精度可达3 m,GPS、Galileo、GLONASS、北斗卫星导航系统(BDS)四系统定位精度可达亚米级. 在单频PPP静态定位中,在GPS单系统下,定位精度仅能达到米级,且收敛时间较长;在GPS、Galileo、GLONASS、BDS四系统下,定位精度可达亚米级,且平面方向可在40 min内收敛. 在单频PPP动态定位中,手机的定位精度仅能达到米级.      

基于UofC模型的多系统组合PPP解算性能分析

针对GNSS多系统组合进行PPP定位的问题,推导了基于UofC模型的多系统组合PPP的函数模型和随机模型。最后采用IGS观测站30 d的部分观测数据对不同组合模式的PPP进行了解算。试验分析结果表明：GNSS多系统组合PPP收敛时间与GPS单系统相比可以缩短30%~50%。对于定位精度,在观测时长较短时（如0.5 h）,GNSS多系统组合PPP整体上具有较优的定位精度,N、E方向偏差和标准差分别为0.3、0.5 cm和1.9、4.3 cm,短时间内由于对流层参数与垂直方向的强相关性,使得U方向精度稍差。此外,在卫星高度截止角大于40°的条件下,单系统可见卫星数不足从而导致无法进行连续定位,但多系统组合具有更多的可视卫星,仍能获得较好的定位精度,使其在建筑物密集区、山区和卫星遮挡较为严重的恶劣条件下具有实际应用价值。