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。     

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多频融合精密单点定位频率间卫星钟偏差研究

全球导航卫星系统(GNSS)提供多频信号,多频融合已经成为一种趋势。在精密钟差估计(PCE)的过程中,卫星钟差参数会吸收卫星端稳定的伪距偏差和时变的相位偏差,这些偏差均与频率相关。因而使用不同的观测值进行PCE时,得到的卫星钟差估值是不同的,它们之间的差值被定义为频率间卫星钟偏差(IFCB)。按组成成分,IFCB可以分成伪距相关的IFCB(CIFCB)和相位相关的IFCB(PIFCB)两部分。国际GNSS服务(IGS)提供的精密卫星钟差产品是基于双频消电离层(IF)组合观测值生成的。由于IFCB的存在,导致IGS卫星钟差产品不能直接应用于多频精密单点定位(PPP)。IFCB的精确考虑已经成为多频PPP的一个关键问题。本研究旨在对IFCB特性和估计方法开展系统深入的研究,并评估其对多频PPP解的影响。     

三频北斗载波相位观测值质量分析

北斗卫星导航系统已开始播发三频数据,为多频应用研究提供了数据支持。利用实测北斗三频载波相位观测数据,形成三频无几何消电离层组合观测值以及零基线双差观测值,从而进行北斗不同类型卫星的载波相位观测值质量分析,结果表明北斗三频载波相位观测值多路径误差均在3cm以内;三个频率载波相位观测精度均优于2mm。     

三频BDS电离层延迟改正分析

针对电离层改正会引起观测噪声放大,尤其三频二阶改正致使观测噪声被过分放大的不足,该文分别推导了BDS电离层双频一阶改正、三频一阶改正和三频二阶改正模型及三频载波无电离层组合模型。改正电离层延迟的同时会不同程度地放大观测噪声,为此分析比较了各种方法改正后的观测值精度和观测噪声,并对不同方法的应用进行了分析。     

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。     

BDS-3/BDS-2多频数据的长距离非差网络RTK算法

北斗三号卫星导航系统(BeiDou-3 satellite navigation system,BDS-3)已正式建成并提供服务,网络实时动态定位（real time kinematic,RTK）算法是提高北斗卫星导航系统（BeiDou satellite navigation system,BDS）定位精度的主要手段。提出了一种基于BDS多频多系统观测数据的长距离非差网络RTK算法。首先,通过顾及大气误差参数的多频载波相位整周模糊度解算模型,确定长距离BDS参考站的多频载波相位整周模糊度。然后,利用准确确定的参考站间载波相位整周模糊度,通过线性变化得到各参考站的非差整周模糊度,并计算各参考站的非差观测误差。考虑长距离测站间观测误差空间相关性减弱的特点,根据误差特性的不同分离出参考站网分类的非差误差改正数。最后,采用反距离加权法计算流动站的分类非差误差改正数,流动站通过非差误差改正数进行观测误差的改正和高精度定位。使用长距离连续运行参考站网的多频实测数据进行实验,结果表明：BDS-3的定位精度相对于北斗二号卫星导航系统(BeiDou-2 satellite navigation sys...     

北斗导航系统卫星频间钟差偏差

卫星频间钟差偏差（Inter-Frequency Clock Bias, IFCB）变化特性的分析对其模型化、卫星钟稳定性的评估具有重要的意义。采用北斗(COMPASS) 2012年1月的三频数据,解算了GEO卫星的IFCB并分析了其时序特性。为了削弱粗差对解算结果的影响,采用了抗差估计算法。针对GEO卫星IFCB的特性,提出了GEO卫星IFCB的经验模型。结果表明,二次曲线函数能较好的描述GEO卫星的IFCB,并达到71%以上的改正效果。     

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。     

GPS/BDS/Galileo三频精密单点定位模型及性能分析

在精细考虑伪距和载波相位硬件偏差时变特性的基础上,导出了更为严谨的非差非组合观测方程,并给出了非组合模式下两类GNSS偏差的数学表达形式.基于此,本文详细研究了3种常用的三频精密单点定位(PPP),即无电离层两两组合IF1213、单个无电离层组合IF123与非组合UC123函数模型的独立参数化方法,系统分析了3种PPP...     

GNSS非差非组合精密单点定位的理论方法与应用研究

由美国GPS,俄罗斯Glonass,欧盟Galileo和中国“北斗”联合组成的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)现已广泛地服务于地球和空间科学领域。最优地融合各类GNSS的观测数据,以快速、准确地估计位置、速度、时间、大气等参数是当前和未来阶段的研究热点。为实现此目的,本文对精密单点定位（Precise Point Positioning, PPP）技术实施了一系列的改进,完善了其模型算法,弥补了其技术缺陷,拓展了其应用范围。本文的研究主线安排如下：完善标准PPP的模型和算法。自被提出至今,PPP技术较多地采用“消电离层组合”的非差伪距和相位作为基本观测量。在观测域消除电离层将放大多路径效应,且不便于约束电离层延迟的时空变化。为此,本文提出基于GNSS原始观测值的“非组合”PPP概念,以克服上述不足。其中,电离层延迟被作为一类待估参数,其短期变化被合理地模型化为随机游走过程。同时,顾及了卫星姿态异常对改正两类系统误差（即相位绕转和卫星相位中心偏差）的影响。与标准PPP相比,非组合PPP的收敛时间较短（特别是高采样率观测数据）,参数解可靠性更高。特别地,非组合PPP能提供准确的电离层信息,可作为利用GNSS研究电离层的一种新手段。丰富参考网的数据处理理论。与实时动态相对定位（RTK）相比,标准和非组合PPP存在一个共同的缺陷：无法实现整周模糊度固定,导致收敛时间过长。其根本原因在于,PPP的模糊度参数中吸收了卫星相位偏差,因此不再具备整周特性。为此,先后有研究提出利用全球或区域GNSS参考网估计卫星相位偏差,以用作PPP的额外改正信息。本文将现有参考网数据处理方法归纳为3类,推导了它们的模型等价性,并概括了它们的实施差异。特别地,本文详细地分析了3类方法的典型不足,如侧重于处理双频观测值,无法有效地提供电离层改正等,由此掣肘了它们在未来多频、多模观测条件下的适用性,同时也难以实现单频PPP模糊度固定。本文提出一种直接处理非差、非组合GNSS观测值的参考网函数模型,即非组合模型。为确保参数的可估性,采用S基理论识别了设计矩阵的列秩亏,以便于将部分参数定义为S基准,同时确保：1. 可估的（接收机和卫星）伪距和相位偏差仍均具备时不变特性;2. 可估的模糊度仍保留整周特性,互相独立且数量最多。在滤波实施中,当相邻历元所定义的S基准发生改变时,为确保滤波连续,还需要采用S转换对上一历元的滤波值实施等价变换。非组合模型具备处理不同范围（全球、广域和局域）参考网数据的能力。针对某类参考网,还可以灵活地处理单频、双频和多频数据。基于某局域网的双频GPS数据,本文利用非组合模型估计了卫星钟差、卫星相位偏差和电离层延迟,并重点考察了卫星相位偏差的稳定性和电离层延迟的内插效果。进而,分别验证了单频和双频PPP模糊度固定的效率和静、动态定位精度。此外,采用非组合模型分析若干零/短基线的双频GPS数据,估计了两台接收机的相对仪器偏差,并发现了其中较为显著的短期变化趋势,进而否定了有关接收机仪器偏差在1-3天内不随时间变化的一般性认知。概括而言,本文对PPP算法的研究紧扣未来多频、多模的应用需求,并确保能提供高精度的单频服务。从改善单测站PPP性能的角度出发,引申出一种更为实用的参考网数据处理模型,最终促进了单测站PPP模型算法的完善和应用范围的扩展。     

两种周跳探测方法在北斗三频中的应用比较研究

以多频组合观测值理论为基础,利用北斗三频实测数据,对比分析多频伪距/载波相位组合法和MW & Geometry-free组合法对北斗三频载波相位周跳的探测情况.结果表明,两种方法不但探测精度较高,而且对大小周跳都可以快速准确地探测出来,都可以应用于三频载波相位的周跳探测中.     

BDS-3新频点B1C/B2a动态数据特性及PPP精度分析

通过载噪比(CNR)、数据完整率、伪距与载波相位观测值噪声和伪距多路径效应四个指标对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)新频点B1C/B2a车载动态数据的特性进行了分析,测试了BDS-3新频点动态精密单点定位(PPP)的性能,并与其它全球卫星导航系统(GNSS)进行了对比. 试验结果表明,BDS-3新频点B2a平均CNR优于北斗卫星导航系统(BDS)其它频率,但略差于GPS L5;相较于其它GNSS,BDS数据完整率相对较高,其中BDS-3 B2a新频点数据完整率最高;BDS-3 B2b伪距观测值噪声最小,B1C和B2a伪距观测值噪声约为B2b信号的3倍,但不同频率相位观测值噪声处于同一量级;对于伪距多路径而言,BDS-3 B1C/B2a 信号略小于B2b 信号. 总体而言,GPS L5信号抑制多路径效应的能力最强. 在动态PPP性能方面,BDS-3 B1C/B2a双频组合动态PPP定位精度最优,其三维(3D)均方根(RMS)误差为0.439 m,相比BDS B1I/B3I、GPS L1/L2、GLONASS G1/G2和Galileo E1/E5a双频组合PPP,其精度改善率分别为49%、56%、81%和42%.      

三频非组合模型的GPS/BDS/Galileo精密定轨

四大GNSS导航卫星系统发播三频及以上观测数据成为必然趋势.本文基于IGS钟差基准研究了三频非组合(UC)精密定轨模型及其模糊度固定方法.将载波相位硬件延迟分成时变和时不变参数,并进行参数重组,得到三频非组合定轨观测模型;类似精密定位中的超宽巷、宽巷、窄巷的分步模糊度固定策略,使用双差法推导了三频非组合模糊度固定方法.以发射三频信号的GPS IIF、BDS-2、Galil eo卫星为例,进行1/2频点消电离层组合(IF)定轨、1/3频点IF定轨、1/2频点UC定轨和三频UC定轨共4种方案进行试验,使用外部轨道产品、天边界连接点、卫星激光测距3个手段对定轨结果进行验证,评定第三频点对轨道、钟差及其他参数的贡献.结果表明第3频点观测量对精密定轨贡献很小(不到5％);同时发现GPS三频定轨较L1/L2双频定轨可将定轨产品精度提升10％ 左右,原因可能是L5较L2频点具有更高的码片率和信号功率.     

BDS-3卫星信号质量及RTK定位分析

为评估北斗三号卫星(BDS-3)信号质量及定位性能,针对BDS-3各频点,使用码减相位和双差相位两种组合观测值分析伪距和相位观测精度;评估了BDS-3和GPS同频观测值之间的系统间偏差;分析了BDS-3/GPS松紧组合单频RTK的定位性能。结果表明,同频条件下,BDS-3伪距观测噪声比GPS更低,相位观测噪声在同一水平;在同类型接收机间,BDS-3/GPS的ISB服从均值为0的正态分布;在RTK定位性能上,单系统仅可实现51～57%的模糊度固定率,多系统可实现90%以上的固定率,改正ISB后的紧组合RTK比松组合RTK在固定率和定位精度上有3.4%和3.2%的提升。总体而言,BDS-3信号质量较好,可与GPS兼容互操作,能够进一步提升GNSS的定位性能。     

无电离层组合的三频GNSS精密单点定位模型及评估

针对多频的加入会带来诸如频间偏差、频间钟差偏差等问题,该文基于原始观测方程推导出适用于卫星播发频率不一致的三频无电离层(IF)两两组合模型,在原始全球导航卫星系统(GNSS)观测方程的基础上推导了一种适用于多系统的三频无电离层组合精密单点定位(PPP)模型,顾及了对差分码偏差、频间偏差等误差项的处理,并通过静态测站和动态车载试验数据评估了三频无电离层组合PPP模型的定位性能。结果表明：静态环境下,第三频的加入能使单全球定位系统(GPS)在17.9 min完成收敛后达到0.96、0.57、1.30 cm的定位精度,收敛时间提升了24.5%,平面精度提升了11.9%和10.9%,但对天顶方向的精度没有提升;而对于多系统组合,第三频的加入对收敛时间和定位精度均有明显的提升。GPS/Galileo/BDS组合PPP精度能达到0.73、0.49、1.21 cm,提升了25.5%、19.7%、24.4%;收敛时间为10.70 min,提升了34.2%。动态环境下,采用三频观测值的E+C方案的PPP精度可以达到0.29、0.09、0.23 m,提升了23.7%、35.7%、54.9%;G+E+C方案...     

GPS三频非差观测数据周跳的自动探测与改正研究

在GPS三频非差观测数据的处理中,由于伪距噪声的影响,利用原始的伪距和载波相位观测数据估计的模糊度误差比较大,不能用于探测和改正周跳。对原始观测数据进行平滑或适当的组合处理,可降低观测噪声的影响。因此,本文选择合适的经过平滑或组合处理后的观测数据作为探测周跳的检验量,探测并改正单个频点上的周跳。在分析了一般周跳的特点并在研究双频周跳自动探测与改正方法基础上,提出了选取检验量的四条基本原则。最后,依此原则选取了三个观测值组合作为周跳检验量,利用该组检验量实现三频非差观测数据周跳的自动探测与改正。     

北斗三频组合数据在周跳探测和修复上的应用

随着新一代卫星导航定位系统中多个频率观测数据的应用,利用多频载波相位数据的组合特性将会使周跳的探测和修复变得更加快速准确.本文利用多频组合观测值理论,选出适合北斗数据的组合系数,并结合伪距/载波相位组合方法,对北斗三频实测载波数据进行了周跳的探测与修复研究,试验结果表明无论是小周跳、大周跳以及各种粗差,该方法都可以快速...     

GLONASS频间码偏差实时估计方法及其在RTK定位中的应用

GLONASS伪距频间偏差难以利用经验模型消除。在RTK定位解算中,尤其是需顾及大气延迟的中长距离异质基线,IFCB会降低模糊度收敛速度,甚至导致模糊度固定错误。本文基于双差HMW组合和消电离层组合,提出一种站间IFCB实时估计算法,实时获取各频段的非组合站间单差IFCB。试验结果表明,站间IFCB长期稳定,可达数个纳秒;在GPS/GLONASS观测值先验误差比值为3：5的条件下,未改正的IFCB可能导致基线GPS/GLONASS组合RTK定位性能比单GPS差。将本文提出算法应用于RTK定位,能够有效消除IFCB的影响,RTK模糊度浮点解精度、定位收敛速度和固定率都有明显改善,部分基线的RTK定位首次固定时间从9.2 s提高到2.1 s,固定解比率从84.5%提高到97.9%。     

GPS三频组合观测量的特征及应用研究

介绍了GPS载波相位双差观测方程以及误差影响因素,给出GPS三频组合观测量的一般表达式并分析影响组合观测量的主要误差因素,研究了电离层无关线性组合的构建方法及其性能,详细分析几种特殊的线性组合形式及特点,总结了GPS三频组合观测值在电离层误差改正、周跳探测与修复、整周模糊度解算以及精密定位等方面的应用前景。