附加原子钟物理模型的PPP时间传递算法

传统精密单点定位(PPP)时间传递算法通常把接收机钟差当作相互独立的白噪声逐历元进行估计,而忽略了钟差参数历元间的相关性。针对这一问题,本文提出了一种附加原子钟物理模型的PPP时间传递算法。该算法通过利用Kalman滤波对高稳定度的原子钟钟差进行建模,拓展传统PPP时间传递模型中的接收机钟差参数,并给出了Kalman滤波过程噪声协方差和初始状态向量的确定方法。试验结果表明:该算法可以有效避免传统算法时间传递结果需要一定收敛时间的问题,使解算结果更加符合原子钟的物理特性,能够显著提高时间传递结果的精度和稳定性,可将单站时间传递精度平均提高58%,站间时间传递精度平均提高51%。     

高性能原子钟钟差建模及其在精密单点定位中的应用

鉴于当前许多IGS跟踪站均配置有高性能原子钟的现状,本文首先采用修正Allan方差法分析了不同IGS跟踪站的接收机钟随机噪声的时域特性,进而评估了不同类型接收机的短期稳定度及钟差建模的可行性,然后利用IGS站配有氢原子钟的观测数据,在精密单点定位算法中,通过对钟差参数进行短时建模约束接收机钟差的随机变化,进而改进精密单点定位(PPP)的定位性能。试验结果表明钟差建模方法显著降低了高程分量参数、天顶对流层延迟参数与接收机钟差参数之间的相关性,GNSS高程分量的精度可提高50%。该方法对于提升PPP技术在地壳形变监测、低轨卫星定轨、水汽监测及预报等高精度GNSS地学领域的应用水平具有一定意义。     

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%。     

利用参考站增强信息进行精密单点定位

提出一种基于参考站增强信息的精密单点定位（Precise Point Positioning,PPP)新算法。与其它方法的不同在于采用星间历元间差分技术,消除了模糊度和接收机钟差,避免模糊度参数的收敛或固定。应用基于参考站的增强信息 ,以减弱残余对流层延迟和潜在偏差对定位结果的影响。与传统PPP处理方法相比较,提出的新方法可以改善位置参数的收敛速度,定位精度也有一定程度的提高。     

基于X射线脉冲星的环火探测器同步定位和授时仿真分析

利用X射线脉冲星观测量不仅能够为深空探测器提供稳定可靠的位置、速度和姿态信息,还能够对探测器上的原子钟进行长期误差校正。火星探测任务中,存在探测器飞行时间长,钟差随时间累积严重降低脉冲星自主定位系统的精度等问题。针对此,提出了一种环火探测器同步定位和授时方法,对钟差进行建模,将钟差模型参数纳入到滤波系统中,利用自适应扩展卡尔曼滤波器同时计算探测器的位置、速度和钟差模型参数。仿真实验表明,经滤波校正后的钟差保持在300 ns以内,探测器的位置和速度精度分别优于200 m和0.03 m/s,精度得到明显改善。     

GPS静态精密单点定位算法精度分析

采用精密轨道和钟差，利用Bernese软件解算得到亚洲地区13个IGS跟踪站的站坐标、对流层ZTD和接收机钟差，将解算的结果与CODE发布的结果对比发现：静态PPP算法解算的N方向收敛精度明显优于E方向和U方向，4~6 h后，坐标偏差在1 cm左右；NEU RMS均值分别为0.45、0.29、0.69 cm，ZTD RMS均值为0.85 cm，接收机钟差RMS均值为0.14 ns。试验表明：精密单点定位算法具有较高的精度和可靠性，可为实际工程测量及相关地球物理信号研究提供理论依据。     

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。     

利用接收机钟差实时滤波提高GNSS精度

建立接收机钟差的高斯马尔可夫模型,通过自相关函数估计接收机钟差的时间常数,利用Allan方差确定模型谱密度参数,将滤波后的接收机钟差返回补偿至GNSS观测方程,重新进行导航解算。实验结果表明,对接收机钟差进行滤波,可有效提高钟差估计精度,提高GNSS的精度。     

一种区域实时对流层内插模型及其在PPP中的应用

利用反距离加权内插法,对基准站解算的天顶对流层延迟（ZTD）建立了区域实时ZTD模型,评估了该模型内插流动站对流层延迟对PPP定位精度和收敛时间的影响。试验表明：与传统ZTD采用参数估计的处理方法对比,二者解算得到的PPP精度在水平方向上效果相当,但在垂直方向上,模型内插对流层解算的定位精度提高约为5 cm,且能显著提高PPP收敛速度。说明应用本方法建立非气象参数的区域天顶对流层延迟模型能有效加快PPP的收敛速度,且提高定位精度。     

不同对流层改正方法对 PPP 定位效果影响的对比分析

对流层延迟是影响精密单点定位效果的一项重要误差源,不同的对流层改正方法直接影响PPP的定位结果。对比分析采用UNB3模型、Saastamoinen模型、ZTD参数估计3种方法对PPP定位精度和收敛时间的影响。实验结果表明:3种模型平面改正精度和收敛时间基本一致。天顶方向改正精度UNB3模型与ZTD参数估计法基本相当,但两者优于Saastamoinen模型;收敛速度UNB3模型与Saastamoinen模型基本一致,ZTD参数估计法收敛速度较慢。     

精密单点定位用户自主式完备性监测算法

精密单点定位PPP是当前GNSS高精度定位中的关键技术之一,使用的PPP采用扩展卡尔曼滤波估计,未知参数包括站点坐标,接收机钟差,对流层延迟以及虚拟未知数。在QR奇偶检校法的基础上,重点考察设计矩阵向量间的相关距离,将其作为粗差探测和识别的研究对象。通过向量相关距离时间序列,可以区分单个粗差和多个粗差的粗差集。提出精密单点定位的RAIM算法,解决了精密单点定位中的质量控制问题,使得多个粗差的识别更加清晰和快捷。     

Multifrequency algorithms for precise point positioning: MAP3

We present the new MAP3 algorithms to perform static precise point positioning (PPP) from multifrequency and multisystem GNSS observations. MAP3 represents a two-step strategy in which the least squares theory is applied twice to estimate smoothed pseudo-distances, initial phase ambiguities, and slant ionospheric delay first, and the absolute receiver position and its clock offset in a second adjustment. Unlike the classic PPP technique, in our new approach, the ionospheric-free linear combination is not used. The combination of signals from different satellite systems is accomplished by taking into account the receiver inter-system bias. MAP3 has been implemented in MATLAB and integrated within a complete PPP software developed on site and named PCube. We test the MAP3 performance numerically and contrast it with other external PPP programs. In general, MAP3 positioning accuracy with low-noise GPS dual-frequency observations is about 2.5 cm in 2-h observation periods, 1 cm in 10 h, and 7 mm after 1 day. This means an improvement in the accuracy in short observation periods of at least 7 mm with respect to the other PPP programs. The MAP3 convergence time is also analyzed and some results obtained from real triple-frequency GPS and GIOVE observations are presented.     

北斗/GPS实时精密卫星钟差融合解算模型及精度分析

实时GNSS精密单点定位(PPP)技术必须使用实时的高精度卫星精密轨道和钟差。本文研究了精密卫星钟差融合解算模型及策略,并利用滤波算法实现了北斗/GPS实时精密卫星钟差融合估计算法。仿真实时试验结果显示:获得的北斗/GPS实时钟差与GFZ事后多GNSS精密钟差(GBM)的标准差在0.15 ns左右;使用该钟差进行GPS动态PPP试验,收敛后水平精度优于5 cm,高程精度优于10 cm;使用仿真实时钟差进行的北斗动态PPP与使用GFZ事后多GNSS精密钟差开展的试验相比精度相当,可实现分米级定位。     

Improved GRACE kinematic orbit determination using GPS receiver clock modeling

Kinematic positions of Low Earth Orbiters based on GPS tracking are frequently used as pseudo-observations for single satellite gravity field determination. Unfortunately, the accuracy of the satellite trajectory is partly limited because the receiver synchronization error has to be estimated along with the kinematic coordinates at every observation epoch. We review the requirements for GPS receiver clock modeling in Precise Point Positioning (PPP) and analyze its impact on kinematic orbit determination for the two satellites of the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) mission using both simulated and real data. We demonstrate that a piecewise linear parameterization can be used to model the ultra-stable oscillators that drive the GPS receivers on board of the GRACE satellites. Using such a continuous clock model allows position estimation even if the number of usable GPS satellites drops to three and improves the robustness of the solution with respect to outliers. Furthermore, simulations indicate a potential accuracy improvement of the satellite trajectory of at least 40 % in the radial direction and up to 7 % in the along-track and cross-track directions when a 60-s piecewise linear clock model is estimated instead of epoch-wise independent receiver clock offsets. For PPP with real GRACE data, the accuracy evaluation is hampered by the lack of a reference orbit of significantly higher accuracy. However, comparisons with a smooth reduced-dynamic orbit indicate a significant reduction of the high-frequency noise in the radial component of the kinematic orbit.     

整数相位钟法精密单点定位模糊度固定模型及效果分析

精密单点定位(PPP)模糊度固定方法有3种:星间单差法、整数相位钟法和钟差解耦法,但目前仅法国CNES公开发布用于整数相位钟法PPP模糊度固定的产品,因此研究基于整数相位钟法的用户端PPP模糊度固定模型很有必要.本文分析了整数相位钟法PPP模糊度固定模型,着重指出该模型与传统浮点解PPP模型的区别;提出一种顾及质量控制的逐级模糊度固定策略用于具体实施PPP模糊度固定.大量动态PPP解算试验表明:与浮点解PPP相比,固定解PPP具有更快的收敛速度且定位精度和稳定性更好.