北斗三频电离层延迟及码硬件延迟解算方法

准确固定非差模糊度是利用相位观测量获取高精度电离层延迟的关键。三频观测条件下常规的处理策略需依次固定超宽巷、宽巷以及窄巷模糊度,通常利用MW（melbourne-wubbena）组合解算宽巷模糊度时易受到码硬件延迟和观测噪声的影响而固定错误。利用北斗三频数据和GIM（grid ionosphenimap）产品,通过固定的超宽巷模糊度以及构造相位无几何组合解算宽巷模糊度,进而重构得到高精度电离层延迟,并且分离了码硬件延迟总量。结果表明,GIM模型辅助条件下宽巷模糊度固定成功率能达到100%,且消除了系统性偏差;电离层重构值与GIM模型改正值存在约1 m的差异,等效精度约6TECU;分离的码硬件延迟变化平稳,标准偏差不超过0.3 m。     

中长基线三频GNSS模糊度的快速算法

通过研究三频最优组合观测值,分析制约中长基线三频模糊度快速解算的主要因素是残留对流层延迟.在此基础上,提出一种中长基线三频模糊度快速解算新方法,该方法先以较高成功率快速固定两个超宽巷模糊度,然后用这两个模糊度固定的超宽巷组合与任一窄巷组合构成无几何误差和无电离层延迟的新组合.由于该组合只受随机噪声的影响,通过对多历元浮点模糊度平均值舍入取整即可准确地固定中长基线的窄巷模糊度.最后基于GPS双频观测数据生成的三频数据,验证了本文观点的正确性和新算法的有效性.     

BDS-3四频参考站间宽巷模糊度解算方法

针对中长基线参考站间宽巷模糊度固定较慢的问题,提出了一种基于BDS-3四频信号(B1I/B2a/B3I/B1C)的分步无电离层(SIF)单历元解算方法.利用BDS-3四频超宽巷/宽巷模糊度易于固定的优点,通过无几何无电离层(GIF)法固定两个超宽巷模糊度,将模糊度固定的双差载波观测值与待求的宽巷观测值组成无电离层模型消...     

一种新的中长基线BDS三频模糊度快速解算方法

虽然TCAR能够实现短基线三频模糊度单历元解算,但由于电离层延迟及观测噪声等的影响,中长基线三频模糊度快速解算仍然是导航定位的一大难点。本文提出了一种新的无几何无电离层三频模糊度解算方法。该方法通过对伪距观测值赋予不同的权重,辅助宽巷及窄巷消除电离层残差的影响,使宽巷及窄巷求解只受观测噪声的影响;然后通过多历元的平滑获取宽巷及窄巷模糊度值。通过实测BDS三频长基线数据表明,相比经典TCAR算法,该方法可大大改善中长基线模糊度的求解精度,经过数据平滑并验证基本可以实现中长基线模糊度的快速解算。     

北斗中长基线三频模糊度解算的自适应抗差滤波算法

针对经典TCAR(three carrier ambiguity resolution)算法受电离层延迟及测量噪声的影响,在中长基线下难以正确固定模糊度的问题,提出一种顾及电离层延迟影响并具有良好自适应抗差特性的改进TCAR算法。在无几何TCAR模型的基础上,通过对模糊度固定的超宽巷进行线性组合得到电离层延迟,再求解宽巷模糊度,通过构造最优组合观测量后用自适应抗差滤波求解窄巷模糊度,以提高窄巷模糊度固定正确率,减小粗差的不利影响。试验结果表明,改进TCAR算法可保证较高的宽巷模糊度固定正确率,有效提高了窄巷模糊度固定正确率,并具有良好抵抗粗差的能力。     

改进CIR算法在BDS长基线模糊度解算中的应用

长基线条件下，测站间空间相关性弱，电离层、对流层延迟经过双差并不能很好地消除，致使CIR方法在长基线条件下解算模糊度成功率较低。本文通过BDS三频组合选择长波长、弱电离层组合改进宽巷组合系数，选取（-1，-5，6）代替传统的宽巷组合（0，-1，1），选择弱电离层几何相位组合（4，-5，2）代替传统的窄巷组合（0，0，1），并通过将多频点的伪距观测值和确定了模糊度的宽巷相位观测值线性组合消除电离层延迟一阶项。通过实测数据分析，本文提出的算法能够有效解算超宽巷、宽巷模糊度，提高模糊度解算成功率。     

基于无几何电离层滤波模型的北斗三号系统相位周跳与中断修复方法

高精度位置服务依赖模糊度正确固定的载波相位观测值,而复杂环境的相位周跳和中断给模糊度固定和数据处理带来了巨大挑战。北斗三号系统向全球播发四频和五频信号,为提升周跳处理性能提供了机遇。本文建立了探测多频超宽巷周跳的伪距-相位无几何组合模型,以及探测窄巷周跳的相位-相位无几何组合模型,并以周跳探测成功概率最大为准则确定了多频最优超宽巷和窄巷组合。由于电离层延迟制约了数据中断和电离层变化剧烈情况下的窄巷周跳探测,进而建立了顾及电离层延迟的窄巷周跳探测滤波模型。试验结果表明,对30 s采样间隔,基于无几何组合模型探测周跳的成功率均优于96%;对于3 min的数据中断,基于无几何组合模型的周跳探测成功率仅为70%,但补偿电离层延迟的滤波模型将成功率提升至95%以上。     

一种BDS/GPS宽巷模糊度固定方法

针对目前双频伪距与相位观测值线性组合法(MW法)固定BDS/GPS宽巷模糊度所需平滑历元个数多的问题,提出一种附有北斗超宽巷约束的BDS/GPS几何相关的宽巷模糊度固定方法。利用伪距载波组合确定出北斗(0,-1,1)超宽巷模糊度并回代到观测方程,将超宽巷观测方程作为约束条件与BDS/GPS宽巷观测方程联立,以共有的位置参数将上述观测信息融合单历元固定BDS/GPS宽巷模糊度。基于实测数据结果表明,相对于常规的MW法,采用本文提出的有几何BDS/GPS宽巷模糊度固定方法,能够提高BDS/GPS宽巷模糊度的解算精度和时效性,适合中短基线且电离层不活跃情况下BDS/GPS宽巷模糊度的解算。     

模糊度线性约束的消电离层多频模糊度解算

针对传统多频模糊度解算方法受到电离层延迟影响造成窄巷模糊度解算可靠性降低的问题,提出一种基于模糊度线性约束的消电离层MCAR方法。该方法通过模型等价性原理构建了基于几何相关-消电离层组合模型,并凭借能够可靠解算的超宽巷/宽巷模糊度值形成线性约束,进而构造窄巷模糊度解算模型,最终求解窄巷模糊度及精密定位结果。多组北斗三频实际数据测试结果表明,即使双差电离层延迟达到73.2 cm,所提出方法也可实现模糊度解算成功率高于96%,定位精度优于15 cm。     

中长基线的BDS三频线性组合观测量优化

基于几何无关（geometry-free,GF）和电离层无关（ionosphere-free,IF）的三频原始载波线性组合观测量,由于消除了一阶电离层延迟项以及同卫星与测站间几何距离相关误差项的影响,可有效应用于中长基线模糊度解算。对适用于北斗卫星导航系统（BDS）中长基线模糊度解算的GF和IF线性组合观测量进行了研究和优化,通过对载波观测量与伪距观测量组合,得到噪声最小且基于GF和IF的宽巷组合观测量,然后将模糊度得到固定的两个载波组合观测量与原始载波观测量进行最优线性组合,得到具有最低噪声的基于GF和IF的窄巷组合观测量。该方法充分利用了所有载波及伪距观测量信息,并根据其噪声水平进行了加权优化,公式推导具有普遍性和代表性。通过三频实测基线数据进行了论证分析。结果表明,经过一段时间的平滑之后,宽巷和窄巷模糊度浮点解的偏差能收敛到0.5周以内,从而实现模糊度的快速准确固定。     

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。     

长基线GLONASS模糊度固定方法及实验分析

格洛纳斯（Global Navigation Satellite System，GLONASS）采用了频分多址技术，接收机在接收不同卫星信号时会产生频间偏差，阻碍了GLONASS长基线模糊度固定，限制了其定位定轨的精度。提出了一种新的GLONASS模糊度固定方法。该方法基于全球电离层格网产品，根据频间偏差率的变化范围，采用搜索的方法和线性模型去除相位频间偏差对宽窄巷模糊度的影响，实现了GLONASS无电离层组合模糊度固定。利用平均基线长度为763 km的全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）服务站实验网数据对该方法进行分析，结果表明:连续30 d内，模糊度固定成功率最高为95.4%，最低为88.8%，平均为93.45%；模糊度固定后，北（north，N）、东（east，E）、高（up，U）各分量重复性和均方根误差（root mean square er-ror，RMSE）值均得到不同程度的改善，E分量重复性和RMSE值分别改善了20%和14%，改善效果最为明显。     

信噪比的GNSS宽巷模糊度单历元固定算法

针对常规GNSS解算模糊度存在的问题,该文提出了一种新的GNSS宽巷模糊度单历元求解算法。利用单历元双频码伪距观测值和载波相位观测值得到双差宽巷模糊度浮点解,将所有浮点宽巷模糊度分别向上、向下取整建立模糊度搜索空间;将模糊度空间中的所有备选组合代入双差宽巷观测方程中进行最小二乘解算,其中单位权中误差最小的组合就是最优的宽巷模糊度组合;然后对最优组合进行正确性检验以确定宽巷模糊度。确定宽巷模糊度后,可以利用宽巷观测值和载波观测值求出基础模糊度整周解。实验表明,该文提出的模糊度固定方法具有较高的成功率和可靠性,静态数据中模糊度固定成功率达到98.84%,动态数据中模糊度固定成功率达到了99.60%。     

A modified geometry- and ionospheric-free combination for static three-carrier ambiguity resolution

The reliability of the classical geometry- and ionospheric-free (GIF) three-carrier ambiguity resolution (TCAR) degrades when applied to long baselines of hundreds of kilometers. To overcome this deficiency, we propose two new models, which are used sequentially to resolve wide-lane (WL) and narrow-lane (NL) ambiguities and form a stepwise ambiguity resolution (AR) strategy. In the first model, after a successful extra-wide-lane AR, the pseudorange and phase observations are combined to estimate WL ambiguities, in which the residual ionospheric delays and geometry effects are eliminated. In the second model, using the resolved ambiguities from the first step, the two WL ambiguities are combined to remove ionospheric and geometry effects. The unknown coefficients in the two models are determined in such that they minimize the formal errors in the ambiguity estimates to optimize the ambiguity estimation. Using experimental BeiDou triple-frequency observations, we evaluate our method and identify three advantages. First, the two models use double-differenced phase observations that are not differences across frequency. Second, the two models are entirely free from ionospheric delay and geometry effects. Third, the unknown estimates in the two models satisfy the minimum noise condition, which makes the formal errors in the float NL ambiguity estimates much lower than those obtained with common GIF TCAR methods, thereby directly and significantly increasing the success rate of AR compared to the cascaded integer resolution method and two other GIF combinations.     

Modeling and quality control for reliable precise point positioning integer ambiguity resolution with GNSS modernization

Recent research has demonstrated that the undifferenced integer ambiguities can be recovered using products from a network solution. The standard dual-frequency PPP integer ambiguity resolution consists of two aspects: Hatch-Melbourne-Wübbena wide-lane (WL) and ionosphere-free narrow-lane (NL) integer ambiguity resolution. A major issue affecting the performance of dual-frequency PPP applications is the time it takes to fix these two types of integer ambiguities, especially if the WL integer ambiguity resolution suffers from the noisy pseudorange measurements and strong multipath effects. With modernized Global Navigation Satellite Systems, triple-frequency measurements will be available to global users and an extra WL (EWL) model with very long wavelength can be formulated. Then, the easily resolved EWL integer ambiguities can be used to construct linear combinations to accelerate the PPP WL integer ambiguity resolution. Therefore, we propose a new reliable procedure for the modeling and quality control of triple-frequency PPP WL and NL integer ambiguity resolution. First, we analyze a WL integer ambiguity resolution model based on triple-frequency measurements. Then, an optimal pseudorange linear combination which is ionosphere-free and has minimum measurement noise is developed and used as constraint in the WL and the NL integer ambiguity resolution. Based on simulations, we have investigated the inefficiency of dual-frequency WL integer ambiguity resolution and the performance of EWL integer ambiguity resolution. Using almanacs of GPS, Galileo and BeiDou, the performances of the proposed triple-frequency WL and NL models have been evaluated in terms of success rate. Comparing with dual-frequency PPP, numerical results indicate that the proposed triple-frequency models can outperform the dual-frequency PPP WL and NL integer ambiguity resolution. With 1 s sampling rate, generally, only several minutes of data are required for reliable triple-frequency PPP WL and NL integer ambiguity resolution. Under benign observation situations and good geometries, the integer ambiguity can be reliably resolved even within 10 s.     

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。     

三步法确定网络RTK基准站双差模糊度

提出了一种新的由宽巷模糊度、窄巷模糊度到原始载波模糊度逐步固定地确定基准站间的双差模糊度的三步法，该方法不需线性化，不需解求方程组，双差观测值之间相互独立，且与基线长度无关，并用实例证明了该方法确定基准站模糊度速度快、可靠性高的特点。     

长距离网络RTK参考站间双差模糊度快速解算算法

提出了一种长距离网络RTK参考站间双差整周模糊度快速解算方法,该方法利用双频载波相位模糊度间的线性关系确定宽巷模糊度,然后选取双频载波相位的备选模糊度组合,通过计算参考站间对流层误差和轨道误差等非色散误差,对双频载波相位整周模糊度进行搜索。实验结果表明,此方法能够快速、可靠地解算长距离参考站间的双差整周模糊度。     

Rapid re-convergences to ambiguity-fixed solutions in precise point positioning

Integer ambiguity resolution at a single receiver can be achieved if the fractional-cycle biases are separated from the ambiguity estimates in precise point positioning (PPP). Despite the improved positioning accuracy by such integer resolution, the convergence to an ambiguity-fixed solution normally requires a few tens of minutes. Even worse, these convergences can repeatedly occur on the occasion of loss of tracking locks for many satellites if an open sky-view is not constantly available, consequently totally destroying the practicability of real-time PPP. In this study, in case of such re-convergences, we develop a method in which ionospheric delays are precisely predicted to significantly accelerate the integer ambiguity resolution. The effectiveness of this method consists in two aspects: first, wide-lane ambiguities can be rapidly resolved using the ionosphere-corrected wide-lane measurements, instead of the noisy Melbourne–Wübbena combination measurements; second, narrow-lane ambiguity resolution can be accelerated under the tight constraints derived from the ionosphere-corrected unambiguous wide-lane measurements. In the test at 90 static stations suffering from simulated total loss of tracking locks, 93.3 and 95.0% of re-convergences to wide-lane and narrow-lane ambiguity resolutions can be achieved within five epochs of 1-Hz measurements, respectively, even though the time latency for the predicted ionospheric delays is up to 180 s. In the test at a mobile van moving in a GPS-adverse environment where satellite number significantly decreases and cycle slips frequently occur, only when the predicted ionospheric delays are applied can the rate of ambiguity-fixed epochs be dramatically improved from 7.7 to 93.6% of all epochs. Therefore, this method can potentially relieve the unrealistic requirement of a continuous open sky-view by most PPP applications and improve the practicability of real-time PPP.