Galileo双频/三频精密单点定位性能分析

基于目前Galileo卫星发射的多频导航信号,采用MGEX 2037周的数据从定位精度和收敛时间方面系统比较分析了Galileo双频无电离层组合、双频非差非组合和三频非差非组合PPP的定位性能。实验结果表明,对大多数测站,三频PPP静态单日解定位偏差水平方向优于1 cm,高程方向优于2 cm;动态定位偏差水平方向优于5 cm,高程方向上优于10 cm。相比于双频非组合PPP模型和双频消电离层PPP模型,三频非组合模型静态单日解定位偏差分别提高17.8%和19.6%;动态单日定位偏差提高了9.6%和34.0%,但收敛时间提高幅度不明显。     

北斗双频／三频静态精密单点定位性能比较与分析

针对目前仅北斗全星座提供三频观测数据,而不同线性组合模型影响精密单点定位(PPP)精度和收敛速度的问题,本文着重推导了北斗三频无电离层最优组合精密单点定位数学模型,以此为基础,采用大量实测数据进行北斗双频、三频静态PPP实验。结果表明,相比于北斗双频静态PPP,北斗三频静态PPP在收敛速度和定位精度上有所提高,绝对定位精度可达2～3 cm,与GPS双频精密单点定位水平相当。      

无频间钟偏差改正的BDS-2三频非组合PPP随机模型优化

针对北斗二号卫星导航系统(BDS-2)频间钟偏差(IFCB)导致多频精密单点定位(PPP)解算结果产生系统性偏差的问题,本文提出了一种适用于BDS-2无IFCB改正的三频非组合PPP随机模型优化方案,通过亚太地区分布的30个监测站数据客观评估和分析了最优随机模型建立方法。结果表明,当无IFCB改正时,BDS-2第三频率载波相位观测值方差应被放大为原始方差的2.0～4.0倍。为了进一步验证该随机模型的可用性,以放大3.0倍为例,实施了额外6个连续测站BDS-2三频观测数据非组合PPP静态和动态解。定位精度和收敛时间方面均表明,当将第三频频率载波相位观测值方差放大3.0倍后与采用真实IFCB改正具有同等性能改善效果,且均优于未顾及IFCB影响的BDS-2三频非组合PPP。     

GNSS频间钟偏差时变特征分析及非组合PPP应用

针对卫星频间钟偏差(IFCB)导致传统精密钟差产品无法直接用于多频精密单点定位的问题，该文在顾及不同频率线性组合观测值噪声放大特性的基础上，推导并提出了包括BDS-3 B1C和B2a频点的多系统IFCB数据处理方法和附加IFCB改正的多频非组合PPP平差模型，研究了不同系统IFCB时变特性及其对三频非组合PPP定位影响。实验结果表明：Galileo和BDS-3系统IFCB振幅变化量级较小，平均分别约为0.4 cm和1.0 cm, GPS和BDS-2系统IFCB振幅变化量级较大，分别达20 cm和4 cm,必须加以考虑；相对于无IFCB改正，单GPS和单BDS-2静态和动态PPP解在水平和高程方向定位精度可显著提高，且PPP定位性能改善主要体现在收敛阶段。有效解决了多GNSS系统精密定位过程中多频观测数据有效融合的问题。     

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%。     

北斗三频精密单点定位模型比较及定位性能分析

在Trip软件的基础上实现了北斗三频无电离层两两组合、三频消电离层组合和三频非组合精密单点定位（precise point positioning,PPP）算法。利用12个陆态网观测站的北斗三频观测数据对3种三频PPP定位模型及传统的双频无电离层组合PPP模型的定位性能进行分析。试验结果表明,对大多数测站,3种三频PPP模型静态定位精度水平方向优于1 cm,高程方向优于2 cm,动态定位精度水平方向优于4 cm,高程方向优于6 cm;3种三频PPP模型静态收敛时间约为120 min,动态收敛时间约180 min;相比于传统的双频PPP模型,三频PPP模型的定位精度有所提高,其中,三频非组合模型静态单天解RMS在水平方向和高程方向分别提高36.1%和6.3%,动态单天解RMS在水平方向和高程方向分别提高9.1%和6.3%。     

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.      

顾及码频间偏差的GPS/GLONASS实时卫星钟差估计

在进行GPS/GLONASS联合卫星钟差估计时,GLONASS码频间偏差（inter-frequency bias,IFB）因卫星频率间的差异而无法被测站接收机钟差参数吸收,其一部分将进入GLONASS卫星钟差估值中。通过引入多个"时频偏差"参数（inter-system and inter-frequency bias,ISFB）及附加基准约束对测站GLONASS码IFB进行函数模型补偿,实现其与待估卫星钟差参数的有效分离,并对所估计实时卫星钟差和实时精度单点定位（real-time precise point positioning,RT-PPP）进行精度评估。结果表明,在卫星钟差估计观测方程中忽略码IFB,会明显降低GLONASS卫星钟差估值精度;新方法能有效避免码IFB对卫星钟差估值的影响,所获得GPS、GLONASS卫星钟差与ESA（European Space Agency）事后精密钟差产品偏差平均均方根值分别小于0.2 ns、0.3 ns。利用实时估计卫星钟差进行静态RT-PPP,当观测时段长为2 h时,GPS单系统、GPS/GLONASS组合系统的3D定位精度优于10 cm,GLONASS单系统3D定位精度约为15 cm;三种模式24 h单天解的3D定位精度均优于5 cm。     

一种基于BDS三频观测量的精密单点定位算法

针对传统双频BDS精密单点定位收敛速度及定位精度如何进一步提高的问题,该文提出了一种基于两组消电离层组合的BDS新三频精密单点定位(PPP)定位算法,并且对由于引入第3个频段观测量所导致的函数和随机模型与传统双频PPP模型存在的差异进行了公式推导。最后利用实测数据以动态和静态模式对新三频PPP模型进行了测试,以传统双频PPP解算结果为参照,对新三频PPP模型的收敛速度及定位精度进行了评估分析。基于实测数据的测试结果表明,新三频算法有利于提升定位解算的精度并有效缩短初始收敛过程,而且这一改善效果在动态模式下较静态模式更为显著。     

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%)。     

Galileo/GPS精密单点定位收敛时间与定位精度的比较与分析

研究了Galileo PPP参数估计及其误差处理方法,并采用MGEX 1924和1925周的数据进行了试验分析。结果表明,Galileo系统的平均可见卫星数不到GPS的一半。卫星数为4颗左右时,定位收敛通常需要180个历元,而达到6颗时仅需要66个历元。可见卫星数的增加显著提升了Galileo的收敛速度,随着卫星数的进一步增多将会达到与GPS收敛速度相当的水平。Galileo的3 h静态PPP收敛后的定位偏差约是GPS PPP的2.5倍,达到4.75 cm。随观测时间的增加定位精度提升显著,其6、12、24 h的定位精度分别能达到2.38、1.51和1.26 cm;其中12和24 h的定位精度比GPS略低约0.40 cm,但二者水平方向的精度优于1 cm,高程方向的偏差比1 cm稍大。     

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%。     

BDS-3多频精密单点定位模型及性能分析

针对北斗三号(BDS-3)精密单点定位(PPP)在不同模型不同频率组合中的定位精度问题，选取14个MGEX测站连续7 d观测数据，综合分析了双频非组合UC12、双频无电离层组合IF12、三频非组合UC123、三频无电离层两两组合IF1213这4种模型下BDS-3精密单点定位的静态和动态定位性能。实验结果表明：BDS-3静态IF-PPP、UC-PPP收敛后在E、N、U方向上的平均定位精度分别优于0.86、0.66、1.70 cm和1.01、0.68、1.78 cm,平均收敛时间分别为29和36 min。BDS-3动态IF-PPP、UC-PPP收敛后在E、N、U方向上的平均定位精度分别优于1.86、1.57、2.92 cm和2.1、1.78、3.08 cm,平均收敛时间分别为56和74 min。BDS-3双频解算模式下，B1CB3I、B1IB3I两种频率组合定位精度较好，三频解算模式下，B1CB2aB3I和B1IB2aB3I精度较为接近，三频与双频精密单点定位的定位性能和收敛时间基本相当。     

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.      

PPP/PPP-RTK新进展与北斗/GNSS PPP定位性能比较

首先简要回顾了精密单点定位（PPP）技术在最近几年的发展现状,重点总结了高采样率钟差实时快速估计、多系统组合PPP模糊度固定、多频GNSS PPP模型及其模糊度固定、PPP快速初始化、PPP-RTK等若干热点方向的最新研究进展。在此基础上,利用目前四大卫星导航系统（GPS、GLONASS、Galileo、北斗）最新的实际观测数据,全面比较分析了各系统及多系统组合PPP定位性能,重点给出了北斗二号+北斗三号PPP浮点解和固定解的定位精度、收敛时间和首次固定时间。结果表明：我国北斗导航卫星系统已经可以实现与其他导航卫星系统基本相当的PPP定位性能。北斗二号+北斗三号组合PPP的收敛时间/首次固定时间20~30 min;静态解的东、北、天方向定位精度在毫米到厘米级;动态解水平方向约5 cm,高程方向约7 cm;多系统组合可显著提高PPP定位精度、收敛时间和首次固定时间：固定解定位精度比浮点解在东、北、天方向分别提升了14.8%、12.0%和12.8%;相比单GPS,多系统组合PPP浮点解的收敛时间和固定解首次固定时间分别缩短了36.5%和40.4%。     

基于原始观测值的单频精密单点定位算法

研究了一种基于GPS原始观测值的单频PPP算法。该算法通过增加电离层延迟先验信息、空间和时间约束的虚拟观测方程,将电离层延迟当作未知参数与其他定位参数一并进行估计来高效修正电离层延迟误差。通过使用全球178个IGS站1d的实测数据对本算法的收敛速度、定位精度和电离层VTEC的精度进行检验与分析。结果表明,该算法的收敛速度和稳定性均得到了改善,其静态单频单天PPP解的精度可达2~3cm、模拟动态单频单天PPP解的精度可达2~3dm,并且单频PPP与双频PPP提取的电离层总电子含量平均偏差小于5个TECU,可作为一种附属定位产品使用。     

GPS/BDS三频信号频间时钟偏差估计与定位验证

在三频GNSS应用中,受精密产品频率基准不一致的影响,会引入系统性偏差,即频间时钟偏差（IFCB）。本文首先通过对IFGF组合观测值进行历元差分,利用全球分布的80个MGEX观测站及中国区域内100个连续运行参考站,在2021年年积日（DOY）153—160 d的实测数据,进行了IFCB的估计并分析了其时变特性;然后将IFCB的估计结果运用到非差非组合PPP中。结果表明：GPS BLOCK Ⅱ-F的IFCB较大,幅值可达14 cm,GPS BLOCK Ⅲ与BDS的IFCB则较小,一般不超过5 cm。在定位验证中,经过IFCB改正后,GPS/BDS-2/BDS-3-IGSO在第3频点L5、B2I、B2a的相位残差分别减小了59.54%、26.31%、10.98%。其中,动态定位的GPS、BDS-2/BDS-3-IGSO、GPS/BDS-2/BDS-3-IGSO 3种方案的点位精度分别提升了56.55%、29.16%、20.72%,改善效果显著。     

GNSS卫星中DCB的使用方法

分析了GPS码间偏差的由来及使用方法。针对BDS自身的特点,推导了一种适用于BDS卫星码间偏差的归算方法,即伪距无电离层组合方法。通过此方法,可以将广播星历发布的B3频点天线电子相位中心归到B1+B2、B1+B3双频和B1+B2+B3三频天线电子相位中心,使双频和三频用户能够更好地利用钟差参数进行高精度定位研究。本文研究对于正确理解导航电文中的钟差参数具有重要的参考意义。     

估计接收机差分码偏差的GPS/BDS非组合精密单点定位模型

在传统多系统非差非组合精密单点定位（precise point positioning，PPP）模型中，电离层延迟会吸收部分接收机码硬件延迟，其估计值可能为负数。提出了一种估计接收机差分码偏差（differential code bias，DCB）参数的GPS（Global Positioning System）/BDS（BeiDou Navigation Satellite System）非组合PPP模型，将每个系统第1个频率上的接收机码硬件延迟约束为零，对接收机DCB进行参数估计，达到了分离电离层延迟和接收机码硬件延迟的目的，降低了接收机钟差和电离层延迟的相关程度。利用4个多星座实验（multi-GNSS experiment，MGEX）跟踪站的GPS/BDS数据进行了静态和动态PPP试验，结果表明，与不估计DCB参数的PPP模型相比，采用估计DCB参数PPP模型后，静态模式下定位精度和收敛速度平均提高了29.3%和29.8%，动态模式下定位精度和收敛速度平均提高了15.7%和21.6%。     

BDS/Galileo四频精密单点定位模型性能分析与比较

北斗卫星导航系统和Galileo卫星系统都可以提供4个频率信号上的服务。本文通过与双频无电离层模型（DF）比较,评估分析了4种BDS/Galileo四频PPP模型性能,即四频无电离层双组合模型（QF1）、四频无电离层组合模型（QF2）、四频非差非组合模型（QF3）和附加电离层约束四频非差非组合模型（QF4）,同时通过等价性原则理论上证明了QF1、QF2、QF3模型的等价性。此外,用1个月参考站的静态数据和1组动态数据分析了四频静态,仿动态和动态PPP性能。试验结果表明,BDS-3 B1C和B2a新频点伪距噪声要略大于B1I和B3I信号,Galileo卫星4个频率上的伪距噪声相差并不明显。对于静态和仿动态PPP模型,QF1、QF2和QF3模型定位性能基本上一致。通过附加外部电离层约束,四频PPP模型性能受到影响,BDS（BDS-2+BDS-3）静态QF4模型相比于QF1、QF2和QF3模型平均收敛时间分别减少了4.4%、4.4%和5.4%,Galileo静态Q4模型平均收敛时间相比于Q3模型增加了16.8 min。对于动态PPP,四频PPP模型相比于双频PPP性能得到提升显著,相比于QF1模型,BDS和Galileo单系统QF4模型三维定位精度分别提高了11.4%和31.4%。BDS/Galileo双系统PPP性能要优于单系统PPP。