天线相位中心改正模型对PPP参数估计的影响

比较了IGS发布的相对天线相位中心改正模型与绝对天线相位中心改正模型,分析了两种不同模型对精密单点定位（PPP）参数估计的影响。结果表明,采用不同的天线相位中心改正模型,天顶对流层延迟（ZPD）的估值存在5mm左右的差异,接收机钟差参数存在3ns左右的差异,估计的测站坐标高程方向有1cm左右的差异。使用绝对天线相位中心模型估计得到的ZPD精度优于5mm,高程方向定位精度约为1cm,接收机钟差估计的精度达0.1ns。     

接收机天线相位中心改正对Galileo定位精度的影响分析

针对接收机天线相位中心与天线参考点ARP不一致引起的测量误差,从距离域和位置域分析其对定位精度的影响.同时,顾及IGS未提供接收机端Galileo天线相位中心改正,采用GPS的天线相位中心改正近似替代,并进行精密单点定位和静态相对定位.结果表明,天线相位中心偏差引起测距的误差可达1 dm,应当改正;采用近似PCO与PCV改正后,PPP垂向偏差由dm-cm级提高到mm级,不同接收机天线相对定位的垂向偏差由cm级提高到mm级,近似替代策略可明显改善Galileo精密定位的精度.     

GPS天线相位中心改正方法研究

由于天线本身的特性及机械加工等原因,GPS卫星和接收机天线相位中心与其几何中心不重合,从而产生相位中心偏差。某些类型的天线该偏差甚至可达数cm,直接影响高精度GPS测量的精确可靠性[1]。讨论了GAMIT软件在高精度GPS数据处理中进行天线相位中心改正的原理、方法和策略,结合美国IGS观测站及南加州区域站观测数据,对改正方法及策略进行了实验对比与分析。结果表明:对接收机天线相位中心和卫星天线相位中心采用模型改正,而卫星天线相位中心偏移不改正,所得到的基线解算结果较好[2];地面接收机天线方位角的变化对U方向的基线解算结果有较大影响,在高精度GPS测量中,必须进行天线方位角的变化改正。     

天线相位中心偏差对于GPS高程影响问题分析

GPS接收机天线相位中心与其几何中心不重合性构成了GPS接收机天线相位中心误差,如何减少相位中心偏移是天线设计和GPS数据处理中的重要问题。本文在分析GPS接收机天线相位中心在垂直方向上偏差的检测原理的基础上,讨论GPS天线相位中心垂直分量偏差对GPS高程精度的影响,应用实例得出一些有益的结论。     

天线相位中心改正对GPS精密单点定位的影响

GPS卫星与接收机由于自身特性以及机械加工等原因,导致其质量中心与相位中心不重合而产生相位中心误差,进而对GPS精密单点定位产生一定影响。介绍GPS天线相位中心偏移(PCO)、变化(PCV)的原理,并分析PCO、PCV,以及不同模型改正对GPS精密单点定位的影响。结果表明,在GPS精密单点定位中,天线相位中心改正不容忽略:在平面方向上,天线相位中心改正对定位影响较小,仅为毫米级;在高程方向上,天线相位中心改正对定位影响较大,可达厘米级;与相对中心改正模型相比,绝对相位中心改正模型精度更高。     

北斗导航卫星相位中心修正

北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）发播电文时利用卫星钟差a₀参数修正了B3频点相位中心与质心差异的大部分偏差,利用卫星群延时间参数（timing group delay,Tgd）修正不同频点相位中心的差异部分。该方法实质是利用各向同性的卫星钟差修正具有各向异性的天线相位中心偏差,改正精度有限。为进一步提高广播星历精度,提出了先对卫星位置进行相位中心改正,再对相位中心的轨迹进行广播星历拟合的处理方法,分别比较了两种改正方法对用户距离误差（user range error,URE）以及精密单点定位精度的影响。分析表明,两种方法都能使URE和定位精度得到提高,且新方法比利用卫星钟差a₀参数的修正精度提高了约76%,定位精度提高了约12.5%,同时新方法的改正精度不受时空因素影响。利用广播星历拟合修正天线相位中心与不进行天线相位中心比较,定位精度提高约38.1%。最后分析了Tgd参数修正各频点天线相位中心不一致的残差,影响在毫米级,可以用于修正相位中心的频间差异。     

GNSS测量型接收机检定规程中天线相位中心偏差检测门限设置的探讨

天线相位中心是指微波天线的电气中心,其设计中心与天线几何中心不一致。天线相位中心最大平均偏差可达数厘米,为此,需对GNSS测量型接收机天线相位中心偏差进行标定。目前国内GNSS测量型接收机的检定规程中,天线相位中心采用室外天线旋转法进行标定,并以GNSS测量型接收机标称精度中所谓的“固定标准差”作为阈值进行判定。笔者认为GNSS测量型接收机标称精度中的固定标准差与星历类型、数据处理软件、观测时间长度、天线相位中心偏差等因素相关,不能作为天线相位中心偏差的检测门限;天线相位中心偏差有独立的指标要求,也有独立的精确检测方法,因此建议按照天线相位中心偏差的指标要求作为检测门限。     

GPS扼流圈天线相位中心修正效果的实验分析

针对高精度GPS测量中天线相位中心的修正效果问题,该文对GPS扼流圈天线相位中心修正在不同长度基线解算中的影响进行了实验分析。根据不同类型天线间的高程测量受相位中心修正影响较为显著的实验结果,提出利用超短基线水准比对法对相位中心改正模型的修正效果进行评价,开展了相关理论分析,并利用该方法对两种相位中心改正模型的修正效果进行了实验研究。实验结果表明,超短基线水准比对法可以作为天线相位中心校准工作中检验校准结果的新手段。     

接收机天线相位中心改正对IGS/IGMAS站的影响

针对天线相位中心改正影响GPS数据解算以及处理软件不能识别接收机天线类型的问题,该文提出了利用近似型号的天线进行数据处理的方法。首先利用IGS站精确确定天线相位中心改正对数据解算造成的影响,再利用IGMAS站验证方法的可靠性。该文选取部分IGS、IGMAS站的数据,利用GAMIT软件进行试验并分析。结果表明,当不使用天线相位改正模型时,增大了单天基线解的NRM_S值,并增加15.5%的基线误差,对精密定位能带来平均2cm的影响;当将处理软件不识别的天线换成近似能识别的天线时,基线解效果要比不使用天线改正效果好,水平和垂向的定位精度均在3.9mm左右,比使用原装能识别天线的定位精度稍差。该方法既保证了精度,也较为简单快捷。     

不同接收机天线相位中心改正模型对GPS/BDS精密定位的影响

针对国产不同品牌不同型号的地面接收机天线相位中心(antenna phase center, APC)模型及仪器厂商模型差异,本文分别采用相对定位及精密单点定位(precise single-point positioning,PPP)方法,分析了GPS/BDS高精度定位中基于不同APC改正模型引起的站点估计位置差异,获得了各不同天线APC改正模型对站点估计位置影响的平均差异值.试验结果表明：不同APC改正模型对站点定位精度的影响相当,对站点估计位置在平面方向影响较小,U方向影响较大;同一种类型的天线在不同实验区域造成的影响具有较好的一致性;同品牌天线对站点估计位置的影响有一定的相似性,尤其是同品牌系列产品其相位中心的影响更为接近.     

北斗卫星精密轨道与钟差精度分析

针对北斗卫星导航系统的卫星姿态模型、天线相位中心改正及卫星定轨数据处理策略未统一的现状,该文对比分析了武汉大学和德国地学研究中心提供的北斗事后精密轨道和钟差产品的差异及精度,结合实测数据,通过分析精密单点定位的定位精度来比较两中心精密轨道和钟差的差异。实验结果表明:北斗卫星的精密轨道精度与轨道类型有关,地球静止轨道(GEO)卫星的轨道精度为米级,倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星的轨道精度为分米级,中地球轨道(MEO)卫星切向、法向和径向的精度分别为10.81、5.41和3.37cm;GEO卫星钟差精度优于0.38ns,IGSO卫星钟差优于0.25ns,MEO卫星钟差优于0.15ns;两家分析中心产品的北斗静态精密单点定位的平面精度相当;北斗静态精密单点定位的RMS统计值平面精度优于3cm,三维精度优于7cm。     

几种附电离层约束GNSS单频PPP性能评估

针对单频精密单点定位(PPP)两种常用的定位模型:非组合模型和附加电离层约束模型,同时综合考虑电离层约束模型三种不同约束策略(常数约束,时空约束,逐步松弛),对比分析了其使用GPS单系统及GPS+BDS双系统观测值的定位收敛时间,定位精度及其优缺点. 实验结果表明:使用GPS单系统,附加不同电离层约束对单频PPP收敛时间缩短效果显著,其中逐步松弛约束平均收敛时间最短,其平均收敛时间为32.36 min,四种定位模型收敛后的定位精度基本相当. 加入北斗卫星导航系统(BDS)后,四种定位模型的收敛时间均有不同程度的缩短,其中时空约束模型缩短最为显著,收敛时间缩短为单系统的59.22%. 在定位精度方面,加入BDS观测值后水平方向定位精度可提升0.5～1.3 cm,垂直方向定位精度略有下降.      

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%。     

不同卫星天线参数对BDS定轨定位精度的影响

论证了BDS精密单点定位时卫星天线参数与卫星轨道、钟差产品保持一致的必要性。基于4组不同卫星天线参数BDS精密定轨RTN 3方向内符合精度，GEO卫星均在9.3、18.6、11.5 cm左右，IGSO卫星均在1.7、4.2、2.7 cm左右，MEO卫星均在2.1、5.1、4.8 cm左右，在R方向的差异小于5 mm，在TN方向的差异最大为2.4 cm；定轨结果与GFZ的事后精密产品比较，RTN 3方向外符合精度差异较明显，排除GEO卫星因定轨策略与GFZ差异较大的因素，IGSO和MEO外符合精度ESA和WHU相近，RTN 3方向均在10 cm以内，各分量上优于IGS和EST 1~10 cm，其中TN方向差异最显著。在保持BDS PPP使用的卫星天线参数与卫星轨道、钟差产品一致的前提下，4组卫星天线参数定位精度相近，其中静态定位最后一个历元水平和高程方向坐标偏差均在5 cm以内，动态定位收敛后坐标偏差RMS水平方向在10 cm以内、高程方向在15 cm以内；使用ESA和WHU天线参数动态定位平均收敛时间在46 min左右，IGS和EST天线参数动态定位平均收敛时间在56 min左右，略差于基于GFZ事后产品的收敛时间，其平均收敛时间在34 min左右。     

北斗导航系统精密单点定位在地壳运动监测中的应用分析

主要基于7个台站观测到的BDS/GPS双模连续观测数据,时间跨度在2 a以上,利用武汉大学自主研发的PANDA软件的精密单点定位模式,对比分析了BDS/GPS双模观测数据的单系统定位精度,并探讨了BDS在地壳运动监测中的能力。通过对这些观测数据的解算及分析,结果表明,BDS在水平向的定位精度约为17 mm,垂向定位精度约为40 mm;GPS在水平向的定位精度要优于10 mm,垂向定位精度约为14 mm。基线统计结果显示,BDS检测弱信号的能力要低于GPS,但仍能够准确反映站点间基线长度和变化率特征。对比分析BDS和GPS得到的速度场,结果显示,两套速度场在水平向之间差值约为1~2 mm/a,且不存在系统性的差异。总体来看,虽然目前BDS精密单点定位精度要低于GPS,但是BDS目前仍可以用于监测形变量较大的地区地壳运动。     

GPS Antenna Calibration at the National Geodetic Survey

The precise point whose position is being measured when a GPS baseline is determined is generally assumed to be the phase center of the GPS antenna. However, the phase center of a GPS antenna is neither a physical point nor a stable point. For any given GPS antenna, the phase center will change with the changing direction of the signal from a satellite. Ideally, most of this phase center variation depends on satellite elevation. Azimuthal effects are only introduced by the local environment around each individual antenna site. These phase center variations affect the antenna offsets that are needed to connect GPS measurements to physical monuments. Ignoring these phase center variations can lead to serious (up to 10 cm) vertical errors. This article will describe the procedure by which the National Geodetic Survey is calibrating GPS antennas and how this information may be obtained and used to avoid problems from these antenna variations. ? 1999 John Wiley & Sons, Inc.     

BDS精密单点定位在桥梁变形监测中的应用

桥梁变形监测是进行桥梁健康评估和后期修缮的重要内容．本文基于北斗卫星导航系统（BDS）精密单点定位技术,对实时采集的高频率BDS／GPS数据进行精密单点定位(PPP)静态和动态处理,并以相对静态定位结果作为参考,分析在桥梁复杂环境下BDS的PPP的精度,并把北斗动态PPP结果与GPS做对比．研究结果表明，在1 h连续变形监测时间左右,北斗静态PPP精度和BDS动态PPP定位精度可以达到厘米级,可以监测出大型车辆经过桥梁时的变形情况,并与GPS监测变形趋势基本一致．      

PPP-B2b服务的实时精密单点定位精度分析

基于北斗官方发布的承载精密单点定位(PPP)服务的PPP-B2b信号与南方测绘最新研发高精度定位终端,本文采用全国6个城市连续一周的观测数据和实时定位结果,分析了基于PPP-B2b服务的PPP精度。其中重点分析了实时静态PPP与实时动态PPP定位的精度。试验结果如下:基于PPP-B2b服务的静态PPP定位精度水平方向优于7 cm,高程方向优于10 cm;基于PPP-B2b服务的动态PPP定位精度水平方向优于10 cm,高程方向优于15 cm。试验结果表明,基于该服务的实时PPP能达到静态厘米级、动态分米级的定位精度。     

北斗广域实时精密定位服务系统研究与评估分析

采用IGS、MGEX、北斗地基增强网的实时观测数据,研制北斗广域精密定位服务系统,实时生成北斗高精度轨道、钟差、电离层产品,提供厘米级北斗双频PPP、分米级单频PPP、米级单频伪距定位服务。对实时产品评估分析的结果表明:北斗卫星实时轨道与钟差产品URE统计精度约为2.0cm,实时电离层精度优于4.0TECU。采用全国分布的实时测站动态定位精度(95%置信度)评估分析表明:北斗双频PPP精度存在明显的区域特征,高纬度以及西部边缘地区的定位精度平面约0.2m,高程约0.3m;中部地区定位精度平面优于0.1m,高程优于0.2m,接近GPS实时PPP精度水平;北斗与GPS融合可以提高单北斗、单GPS的定位性能,尤其是显著加快了PPP收敛时间,收敛时间缩短到20min内。另外,除边缘地区外,北斗单频PPP实现平面0.5m,高程1.0m;北斗单频伪距单点定位实现平面2.0m,高程3.0m。     

北斗广域差分分区综合改正数定位性能分析

目前北斗广域分米级星基增强系统在钟差改正数、轨道改正数的基础上，提出了基于相位观测值的分区综合改正数，介绍了分区综合改正数的概念及单频、双频用户的使用方法与定位模型。利用中国范围不同地区的北斗观测数据和对应的分区综合改正信息，统计了单频和双频用户分区综合改正精密单点定位的精度，并对其收敛性进行了分析。通过与使用GFZ提供的北斗超快速精密星历的定位效果比较，验证了分区综合改正定位在实时定位中的优势。在此基础上进一步对中国范围内分区综合改正定位效果与分区中心距离的关系进行了分析，并对不同观测时间长度的定位效果进行比较。结果表明，经分区综合改正后的双频用户平均25 min内动态定位三维误差能收敛至0.5 m以内，收敛后的定位精度为水平0.15 m，高程0.2 m；单频用户平均20 min内动态定位三维误差能收敛至0.8 m以内，收敛后的定位精度为水平0.3 m，高程0.5 m。随着用户站距离分区中心越远，定位效果总体呈现变差的趋势。总体上，当用户在分区中心1 000 km范围内时，北斗广域分区综合改正数将能提供实时分米级定位服务。