区域对流层约束的BDS-3 PPP性能分析

针对PPP定位解算过程中收敛时间较长的问题,提出一种附加区域对流层延迟模型值约束PPP的方法,利用电力北斗精准位置服务网湖南区域的16个基准站观测数据,构建区域对流层延迟模型,通过对流动站HNYZ和CZZX的PPP定位实验,分别从PPP定位精度、收敛时间、模糊度参数和观测模型几何强度等方面,对该算法的改进效果进行了对比分析。实验结果表明,该算法具有更好的PPP模型几何强度,可以显著地改善高程方向的定位性能,静态模式下,收敛时间分别提升18.23%和12.96%,定位精度分别提升8.79%和1.87%;动态模式下,收敛时间分别提升7.32%和6.78%,定位精度分别提升6.07%和20.53%。     

网络RTK基准站间的模糊度及空间相关误差解算

利用载波相位双差观测值的宽巷和无电离层组合固定部分模糊度参数,并采用Kalman滤波算法估计残余的对流层延迟;然后对观测值进行改正,剔除对流层延迟误差,从而提高剩余模糊度参数的固定率;最后估计双差电离层延迟。文中采用美国CORS网的GPS数据进行实验,实验结果表明,自适应滤波算法可明显提高残余对流层延迟的解算精度和模糊度的解算效率;固定模糊度并改正对流层和电离层延迟,差分定位精度得到很大提高。     

附加对流层约束的大高差区域短时GNSS网解及其性能EI北大核心CSCD

大落差高山区域GNSS监测严重受制于对流层延迟影响,导致定位精度降低。本文提出附加地面点对流层延迟先验信息约束方法,实现短时同步双差观测高精度解算。该方法能充分利用远距离地面站网的增强信息,显著减少高山区域监测的观测时长,增大站间距离,降低山区测量任务的作业成本。本文从观测时长、基线距离时空特性及基站数量3方面进行适用性试验验证,试验结果表明,以地面站点长期GNSS观测获得的高精度对流层延迟作为约束,可有效削弱大落差引起的残余对流层延迟的影响,提高整周模糊度固定率,实现山顶监测点的快速高精度定位和对流层延迟参数估计;与非约束法相比,对流层先验约束后各坐标分量精度均有所提高,高程方向精度提高明显。     

大型桥梁桥塔监测的GNSS相对对流层延迟估计

针对大型桥梁桥塔与基站高程差异较大,残余对流层延迟成为影响全球卫星导航系统(GNSS)监测成功率与精度的主要因素之一。该文基于随机过程理论,对桥梁监测GNSS残余对流层湿延迟进行参数估计,有效地提高了桥梁塔顶监测GNSS模糊度固定率。通过采用对流层经验模型改正对流层干延迟,将基准站和塔顶观测站对流层湿延迟组成相对对流层湿延迟,并联合位置参数和模糊度参数建立双差卡尔曼模型,最后利用最小二乘模糊度降低相关平差法(LAMBDA)对双差模糊度进行固定,并估计位置参数与相对对流层延迟参数。实验结果表明,该方法可以有效估计相对对流层延迟,有效提高GNSS模糊度固定率。     

大气再分析资料反演对流层延迟精度分析

针对传统对流层延迟模型在复杂山区大高差环境下误差过大的问题，该文对欧洲中期天气预报中心的ERA5大气再分析资料反演的天顶对流层延迟精度进行分析，其中ERA5 ZTD由积分法+Saastamoinen模型求得。结果表明：以精密单点定位模糊度固定估计的ZTD为参考，ERA5 ZTD平均偏差绝对值为3.8 mm,总平均均方根误差为10.5 mm。北半球夏季偏差与均方根误差最大，冬季最小，南半球反之。并址站间的日内变化趋势相同，与PPP-AR ZTD变化趋势符合性较好，且呈现明显的日内周期性变化。ERA5 ZTD均方根误差由赤道向两极呈递减趋势，不同测站高程处ZTD精度与高程无明显关系，整体表现出较高精度。总体上，ERA5 ZTD能够满足在复杂山区大高差环境下的对流层延迟误差要求，可作为数据源进行区域对流层建模。     

BDS-3新频点PPP模糊度固定研究

针对BDS-3新频点在精密单点定位解算中的模糊度固定问题，该文采用绝对信号偏差(OSB)改正的方法，对B2a频点在精密单点定位方面的性能进行了研究。首先通过与整数钟差法进行对比实验，验证OSB改正法在模糊度固定方面的可靠性，之后采用该方法对B2a频点构建的双频无电离层组合进行精密单点定位-模糊度固定(PPP-AR)实验，与B1I/B3I的PPP-AR结果进行比较，评估定位精度。结果表明，OSB改正原始观测值的模糊度固定方法有较好的可靠性，收敛速度提升20%,模糊度固定成功率在90%以上；新频点B2a的精密单点定位性能较好，收敛速度和定位精度与B1I、B3I频点相当，采用B2a频点得到的双频无电离层组合在PPP-AR解算时能完成模糊度的快速固定，收敛时间在25 min以内，收敛后误差小于2 cm, B2a频点可用于PPP-AR解算。     

估计对流层延迟的单频RTK卡尔曼滤波算法

提出一种对流层估计方法实现单频RTK快速动态定位。用模型改正对流层干延迟,双差对流层湿延迟用测站对流层天顶延迟估计,并与流动站位置及站间单差模糊度组成双差方程进行卡尔曼滤波,得到单差模糊度浮点解及方差阵,通过星间求差得到双差模糊度浮点解及方差阵,结合MLAMBDA方法实时确定模糊度。试验验证单历元平面定位精度优于±3 cm,高程定位精度优于±10 cm。     

附加历元间约束的滑动窗单频实时精密单点定位算法

针对同时估计电离层延迟导致的单频精密单点定位解算秩亏问题,提出了一种附加历元间约束的多历元递推算法。该算法根据无周跳时前后历元模糊度不变的特性,在每一组多历元联合数据解算时,每颗卫星只设置一个模糊度参数,不需要外部先验信息约束即可解决秩亏问题。另外,本文算法同时考虑了参数及观测值之间的时间相关性,采用附加约束的平方根信息滤波对部分参数进行历元间约束,克服多历元算法的病态性,提高了算法的可靠性。试验采用全球分布的15个IGS跟踪站14 d的数据,静态定位精度优于3 cm,仿动态解约为1.5 dm。与同时估计电离层延迟的单频PPP方法相比,收敛速度提高了24%,与双频无电离层组合PPP的收敛速度基本一致,定位精度提高了30%,高程分量定位精度提高更为明显。     

GPS/Galileo/BDS三系统全频率PPP-AR性能分析

相位偏差的精确估计是实现精密单点定位(precise point positioning,PPP)非差模糊度固定(ambiguity resolution,AR)的重要前提，但当前国际GNSS服务(International GNSS Service,IGS)分析中心(analysis center,AC)提供的相位偏差产品频率组合有限，使PPP-AR用户也只能使用相应频率的观测值，浪费了多频率的GNSS观测值.为了实现基于任意GNSS频率选择和观测值组合灵活实现PPP-AR (即全频率PPP-AR)，我们针对全球均匀分布的100多个IGS测站1周的静态观测数据，估算全频率可观测相位偏差(observable specific signal bias,OSB)，并使用开源PRIDE PPP-AR软件，进行静态PPP实验.结果表明：伪距和相位OSB产品的平均标准差分别是0.25 ns和0.34 ns，满足PPP模糊度固定的需求. Galileo、北斗三号(BeiDou-3 Navigation Satellite System,BDS-3)频率自由组合时的平均模糊度固定率分别为(98.2...     

利用先验对流层延迟约束加快PPP重新收敛方法

针对卫星信号中断后PPP需要重新收敛的问题,根据对流层延迟参数在短期内变化不大的特点,利用PPP中断前估计的比较精确的对流层延迟参数作为先验信息,提出了一种附加先验对流层信息约束的PPP模型加快PPP的重新收敛。实验结果表明,附加先验对流层信息约束模型的PPP重新收敛过程明显快于传统模型。附加先验对流层延迟信息的标准差越小,约束条件越强,PPP的重新收敛就越快。     

一种北斗非差非组合长距离基准站模糊度解算方法

为了充分利用各频率观测值信息,提出了一种非差非组合的北斗卫星导航系统长距离基准站间整周模糊度解算方法。首先,直接利用不同频率的观测值建立误差观测方程,并采用随机游走策略估计相对天顶对流层湿延迟误差和电离层延迟误差,增加历元间的约束;然后,采用一种非差整周模糊度实时线性计算方法,依次得到基准站网当前历元所有卫星的非差整周模糊度,解决了在基准星变换时,模糊度需要承接或者重新进行法方程叠加的问题;最后,使用实测数据进行方法验证,结果表明,各基准站模糊度平均固定速度为20个历元（采样间隔1 s）,可快速实现基准站载波相位整周模糊度解算。由于所提方法充分利用了各频率观测值信息,避免了线性组合放大噪声对整周模糊度固定的影响,其模糊度固定成功率与无电离层组合法相比有较大的提高。     

低轨增强北斗PPP-RTK定位方法与实验分析

低轨星座具有卫星数目多、几何构型变化快等优势，有利于精密单点定位(PPP)中模糊度参数的快速收敛，从而提升其收敛速度与定位精度.但由于未能精确消除大气误差的影响，难以实现瞬时厘米级定位.提出一种低轨增强北斗PPP-实时动态(RTK)方法，结合高精度大气增强信息与模糊度固定方法(AR)，进一步改进北斗快速精密定位性能.首先设计了包含192颗低轨卫星的极轨星座，仿真了22个地面测站的观测数据，在估计相位小数偏差与精密大气延迟改正数后，分别测试了低轨增强北斗PPP、PPP-AR与PPP-RTK的定位性能.结果表明：在低轨星座增强下，可视卫星数目增加6～8颗，22个测站北斗PPP的平均初始化时间由552.1 s缩短至102 s,提升了81.52%.模糊度固定后，初始化时间进一步缩短至1 min以内.通过180 km地面参考网增强后，低轨增强北斗PPP-RTK可以实现瞬时厘米级定位，定位精度相较于PPP提升98.5%.将地面参考网扩大至500 km后，低轨增强北斗PPP-RTK仍可以实现约10 s的快速收敛.     

GPS/Galileo精密单点定位模糊度解算与实验分析

针对提高多频模糊度固定解的GNSS精密单点定位的可靠性与稳定性的问题,该文基于实时非组合相位偏差产品,对三频非差非组合GPS/Galileo PPP的浮点解、固定解模型进行深入研究,并设计了3种定位策略,选取了17个MGEX跟踪站7d的实测数据,分析了三频非差模糊度固定解对静态、仿动态PPP定位精度与滤波收敛时间的影响。结果表明,滤波收敛后,与浮点解策略相比较,固定三频模糊度对高程、水平方向定位精度均有提高,在静态定位模式中提升幅度分别约为20.45%和37.50%,在仿动态定位模式中提升幅度分别约为22.41%和33.33%。在滤波收敛时间方面,相较于浮点解策略的收敛时间,静态与仿动态定位中模糊度固定策略的收敛时间分别提升了约12.57%和6.41%。     

GGOS对流层延迟产品精度分析及在PPP中的应用

对流层延迟是卫星导航定位的主要误差源,GNSS广域增强需要高精度的对流层延迟产品进行误差修正。对流层延迟可通过GNSS进行实时估计,也可通过融合多源数据的数值气象预报模型获取。IGS发布的全球对流层天顶延迟产品由GNSS解算,其精度可达4mm,时间分辨率为5min,但其分布不均匀,在广袤的海洋区域无数据覆盖。GGOS Atmosphere基于ECMWF 40年再分析资料,可提供1979年以来时间分辨率为6h、空间分辨率为2.5°×2°的全球天顶对流层总延迟格网数据。本文通过2015年全球IGS测站的ZTD资料对GGOS的ZTD产品进行了评估,研究了GGOS Atmosphere对流层延迟产品与IGS发布ZTD资料之间的系统差,通过线性拟合估计出每个测站GGOS-ZTD与IGSZTD系统差系数(包括比例误差a和固定误差b),然后对比例误差a、固定误差b进行球谐展开,建立了两种ZTD数据源之间的系统差模型。选取IGS测站和陆态网测站,对附加系统偏差改正后的GGOSZTD产品对PPP的收敛速度的影响进行研究。本文研究结果表明:GGOS-ZTD与IGS-ZTD间存在系统偏差,其bias平均为-0.54cm;两者之间较差的RMS平均为1.31cm,说明GGOS-ZTD产品足以满足广大GNSS导航定位用户对对流层延迟改正的需要。将改正了系统差后的GGOS-ZTD产品用于ALBH、DEAR、ISPA测站、PALM测站、ADIS测站、YNMH测站、WUHN测站进行PPP试验,发现可明显提高定位收敛速度,尤其是在U方向上,收敛速度分别提高10.58%、31.68%、15.96%、43.89%、51.46%、14.69%、18.40%。     

GNSS载波相位整数等变估计及其PPP性能提升算法

精密单点定位技术能够提供全球高精度定位结果,其主要技术瓶颈在于定位收敛时间长,载波相位模糊度固定技术是加快PPP收敛速度、改善定位精度的主要手段之一。模糊度固定的可靠性问题在PPP定位中尤为突出,因为模糊度浮点解质量取决于服务端产品质量、接收机噪声特性和观测环境等多种因素,所以高可靠PPP模糊度固定技术仍然充满巨大挑战。为了保障PPP定位的可靠性,本文将最优整数等变估计(best integer equivariant,BIE)引入PPP模糊度估计过程中。BIE法利用GNSS模糊度整数解加权融合以获得最优的浮点模糊度估计值,可有效降低模糊度错误固定风险,同时又利用了模糊度整数解信息来提升模糊度估值精度,从而提升PPP定位精度,缩短模糊度收敛时间。本文选取了105个全球分布的MGEX测站对BIE估计PPP模糊度的性能进行验证,试验结果表明,与模糊度固定解相比,采用BIE估计PPP模糊度能够进一步改善坐标三分量(东、北、垂向)定位性能,收敛时间分别减少了37%、28%与31%,收敛后定位精度分别提高了9%、8%和3%。此外,BIE估计PPP模糊度定位结果的毛刺和阶跃现象更少。     

星间单差精密单点定位部分模糊度固定方法

针对传统的精密单点定位(PPP)技术由于收敛速度慢、获取高精度位置信息所需时间较长而无法满足用户对于快速高精度定位的需求的问题,该文采用了单差小数周偏差(FCB)产品固定模糊度的方法,以及部分模糊度固定的固定策略,来达到最优化使用固定解的PPP.通过对测站的数据的静态和仿动态实验分析验证,结果表明,进行部分模糊度固定的固定解定位精度要优于使用模糊度浮点解进行PPP得到的实数解的定位精度,收敛速度也有提升;而且相比于全模糊度固定策略,部分模糊度固定策略可以提升模糊度的历元固定率,使更多的固定模糊度的卫星可以参与定位,提升了定位的精度和收敛速度.     

BDS网络RTK参考站三频整周模糊度解算方法

北斗卫星导航系统是目前唯一一个全星座提供三频观测数据的卫星导航定位系统,三频观测值有助于载波相位整周模糊度的快速、准确固定。本文提出了一种BDS网络RTK参考站三频整周模糊度解算方法。首先利用B2、B3频率的观测值及严格的模糊度固定标准确定超宽巷整周模糊度,将固定的超宽巷整周模糊度与其他宽巷整周模糊度的线性关系作为约束条件,然后估计宽巷整周模糊度、相对天顶对流层延迟误差和电离层延迟误差,并搜索确定宽巷整周模糊度。利用固定的宽巷整周模糊度与三频载波相位整周模糊度的整数线性关系,将线性关系加入载波相位整周模糊度参数估计观测模型中,然后确定载波相位整周模糊度。使用实测的CORS网BDS三频观测数据进行算法验证,结果表明,该方法可正确有效地实现参考站间三频载波相位整周模糊度的快速解算。     

GPS超长基线解算的误差特性与精度分析

基于单基站的超长基线定位技术在地壳形变监测、高精度授时等领域具有广泛应用,但仍有诸多因素制约着超长基线解算精度。从观测方程出发,利用单差观测值对长（超长）基线(146～1 724 km)解算中的卫星轨道误差、对流层延迟误差、地球潮汐误差和相位缠绕误差等误差特性进行了详细分析。分析结果表明,当基线小于500 km时广播星历误差可忽略不计;超过500 km时需要采用精密星历,同时需要考虑地球潮汐误差的影响;利用参数估计法同时估计基线两端的天顶对流层延迟误差可获得1～2 cm精度;相位缠绕误差对基线小于2 000 km的解算影响可忽略。基于估计天顶对流层延迟的方法解算了5条长(超长)基线（146 km、491 km、837 km、 1 043 km和1 724 km）。实验结果表明,当基线小于500 km时,采用广播星历可获得水平方向优于0.05 m、高程方向优于0.08 m的定位精度;当基线小于2 000 km时,采用超快速精密星历可获得水平方向优于0.025 m、高程方向优于0.055 m的定位精度。解算的初始收敛时间随着基线长度增加而缩短。     

多尺度区域增强PPP-RTK理论与应用

在PPP模糊度固定技术的应用中,使用未校准的相位延迟(UPD )产品进行 PPP模糊度固定可以显著缩短PPP收敛所需的时间并提高定位精度.如果用户位于一个稠密的参考站网中,利用参考站网生成的大气延迟改正数可以进一步缩短收敛时间,甚至实现瞬时的模糊度固定,该技术被称为区域增强 PPP.论文着眼于UPD产品估计、模糊度固定、改正数生成与使用、内插模型选取和改正数随机模型等几个主题研究区域增强PPP算法的相关问题.     

非差模糊度整数固定解PPP新方法及实验

分析了标准模型中非差模糊度无法固定的原因,提出了非差模糊度整数解的小数偏差分离(fractional bias isolating,FBI)模型与方法。实验结果表明,使用30min的静态观测数据,即可达到水平方向mm级、高程cm级的定位精度,相比浮点解水平方向精度提高了一个数量级,高程方向也改善了50%～60%,同时,对流层天顶延迟ZPD的精度也有20%～30%的改善。