非差FCB估计及其在PPP模糊度固定中的应用

模糊度固定能够显著提高精密单点定位(PPP)的精度和收敛速度,是国内外卫星导航定位领域的研究热点．本文通过最小二乘法分离接收机端和卫星端小数周偏差(FCB),恢复非差模糊度的整数特性,将得到的卫星端FCB提供给用户,能够实现非差模糊度固定的PPP．采用全球IGS跟踪站的观测数据进行非差FCB解算,实验结果表明,宽巷FCB的稳定性较好,一周内变化小于0.1周,而窄巷FCB一天内变化较大．将获得的FCB用于模糊度固定PPP实验,E、N、U三个方向的定位精度分别为0.7 cm、0.8 cm和2.1 cm,与浮点解PPP相比,分别提高68％、51％和37％,验证了本文估计的FCB用于模糊度固定PPP的定位性能      

北斗三号卫星FCB估计及其模糊度固定

随着北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system, BDS)的建设和完善,更多的北斗在轨卫星开始提供全球性的定位、导航、授时服务。为了验证北斗系统整体精密单点定位-模糊度固定(precise point positioning-ambiguity resolution, PPP-AR)的效果,基于全球分布的测站2020-08-01—2020-08-31共31 d的观测数据进行GPS、BDS双系统相位小数周偏差(fractional cycle bi?as, FCB)估计, 并对其中BDS-3卫星FCB产品时变特性进行分析。结果表明,大部分BDS-3卫星宽巷FCB在31 d内保持相对稳定,变化小于0.2周, 窄巷FCB在1 d之内的变化小于0.1周。利用估计的FCB产品进行动态和静态PPP-AR解算。单BDS-3静态PPP?-AR的历元固定率可以达到89.8%,东、北、天3个方向的均方根误差（root mean square error,RMSE）分别为0.94 cm、0.73 cm和1.39 cm,动态PPP-AR的历元固定率为83.9%,东、北、天3个方向的RMSE分别为1.99 ?cm、1.70 cm和3.28 cm。     

基于钟差解耦的GNSS精密单点定位模糊度固定模型及效果分析

精密单点定位模糊度固定可以显著提升定位精度,钟差解耦模型作为一种重要的模糊度固定模型,却鲜有文献对其进行研究。本文首先给出了基于钟差解耦模型的用于模糊度固定的产品估计策略,分析了传统的消电离层模型和钟差解耦模型钟差重构形式的差异,导出了提取卫星码偏差的钟差估计模型。然后,深入研究了钟差解耦模型在钟差估计收敛速度等方面的优势。不同于其他模型将宽巷模糊度偏差视为天内常数,钟差解耦模型逐历元估计该偏差项,基于此展开对宽巷模糊度偏差天内时变特性的研究。最后,评价了解耦钟差的精度,并利用解耦钟差产品进行精密单点定位模糊度固定试验。结果表明,相比于提取卫星码偏差的卫星钟差估计模型,钟差解耦模型在钟差估计中的收敛速度更快,钟差产品更加稳定;宽巷模糊度偏差在天内较为稳定;解耦钟差产品具有较高的精度,相比于传统消电离层组合模型,基于该产品的精密单点定位模糊度固定可显著提升定位精度。     

卫星端宽巷载波相位小数偏差估计方法研究与结果分析

提出了一种估计星间单差宽巷载波相位FCB的新方法——区间均化法。利用2010年全球约120个IGS测站的数据,估计出所有星间单差宽巷载波相位的FCB,详细比较分析了星间单差宽巷FCB的估计精度。结果表明,使用区间均化法获得的卫星宽巷载波相位的FCB与法国CNES中心发布的FCB产品具有很好的一致性,较差均小于0.1周,94%小于0.05周。不同测站数量和测站分布估计相同卫星组星间单差宽巷载波相位的FCB结果具有较好的一致性,但测站数越多,FCB估值的可靠性越高。绝大部分星间单差宽巷载波相位的FCB在1a内具有较好的稳定性,其时间序列的标准差小于0.01周。卫星工作状态的变化会使FCB重新赋值。     

GNSS接收机DCB短期时变特征分析和估计方法

提出一种使用非差非组合精密单点定位(PPP)估计和分析接收机DCB短时时变特征的方法。首先利用非差非组合PPP得到包含接收机DCB的重构电离层参数估值;然后通过IGS电离层GIMs格网模型内插剥离各历元站星斜向电离层距离延迟;最后通过最小二乘约束得到各历元接收机DCB解。由于格网本身精度(2～8 TECU)和插值精度限制,解算出来的接收机DCB并不能真实反映其短期时变特征。为此,提出利用站间单差或者历元间差分的方法还原其真实的变化态势。实验结果表明,所提出的方法能够正确估计接收机DCB,并能真实还原其短期时变特征,具有良好的适用性。     

长距离网络RTK基准站间整周模糊度单历元确定方法

提出一种长距离(100～200km)网络RTK基准站间的整周模糊度单历元确定方法。该方法首先利用载波相位模糊度间的线性约束关系对双差宽巷模糊度进行搜索。为了减小非弥散误差残差对载波相位模糊度解算的影响,采用了一种新的根据高度角重新选择基准卫星的方法。然后根据双差宽巷模糊度选取双频载波相位模糊度的备选组合,利用基准站间非弥散误差残差的计算值对双差载波相位模糊度进行搜索和确定。经试验算例的验证,该方法快速、稳定,不受周跳影响,只需一个历元的观测数据即可确定长距离基准站间的双差整周模糊度。     

窄巷FCB估计方法改进及时变特性分析

窄巷波长相对较短,受观测数据质量和未模型化误差的影响较大,导致参考站计算的窄巷FCB估值的互差较大,窄巷FCB稳定性较差。针对窄巷FCB估值出现较大偏差的参考站,本文提出了基于抗差初值的窄巷FCB抗差估计方法,该方法取当前历元所有参考站窄巷FCB估值的中位数作为抗差初值,采用IGGⅢ方案降低了有偏差的窄巷FCB估值的权比。采用IGS全球跟踪站网的数据进行验证,改进的方法提高了窄巷FCB的精度和稳定性,采用每天估计的一组卫星端的窄巷FCB即可满足窄巷模糊度固定的精度要求。同时,采用本文改进方法估计的窄巷FCB,可以提高用户端仿动态单天解的窄巷模糊度固定成功率和定位精度。     

长距离网络RTK实时厘米级定位算法

针对CORS系统建设成本高和选址困难的问题,该文提出GPS长距离网络RTK定位算法。该算法首先利用MW组合观测方程解算基准站双差宽巷整周模糊度,采用Saastamoinen模型和GMF映射函数模型相结合解算双差对流层干分量延迟残差,并将双差对流层湿分量延迟残差作为未知参数进行估计,同时结合无电离层组合观测值解算基准站双差载波整周模糊度;然后,采用综合误差内插法解算基准站和流动站的误差改正数;最后,采用最小二乘法逐历元进行法方程叠加解算流动站双差模糊度浮点解,并利用LAMBDA算法和通过TIKHONOV正则化改进的LAMBDA算法搜索固定流动站双差宽巷整周模糊度和双差载波整周模糊度。实验表明,该算法能够将基准站间距离提高到100~150km,使流动站用户可以获得厘米级定位结果。     

一种GPS整周模糊度单历元解算方法

仅利用单历元的载波相位观测值进行整周模糊度解算,观测方程秩亏,给单历元模糊度解算带来很大困难.因此,本文提出一种单历元确定GPS整周模糊度的方法.利用单历元测码伪距观测值和双频载波相位观测值组成双差观测方程,根据方差矩阵对宽巷模糊度进行分组,采用基于LABMDA方法的逐步解算方法来确定双差相位观测值的宽巷模糊度.确定宽...     

一种改进的GPS短基线直接解算方法

本文通过推导基线偏差与波长之间的数学关系,在DC算法的基础之上,考虑双频相位双差数学模型本身存在的相等关系,并结合宽巷模糊度组合,提出一种求解整周模糊度的改进直接计算法。在求取模糊度之后,分别采用单历元最小二乘和序贯平差两种解算方案求解基线,以基线长约6.3km、9.1km的两组数据为实例进行求解,并与TGO软件求取的基线向量作比较,试验结果表明了本文方法的正确性和可靠性。     

北斗星上多径对宽巷模糊度解算的影响分析

通过引入北斗星上多径参数,量化了北斗星上多径对宽巷模糊度解算的影响;从理论上分析了该影响量在非差、单差和双差条件下的特性,并采用零基线、短基线和长基线3组实测数据进行了分析与验证。结果表明:星上多径对非差宽巷模糊度估值的影响在三类卫星上表现出不同的特性,在MEO卫星上最大,可达1周;星间单差无法消除星上多径偏差影响,进而PPP宽巷模糊度的解算将受到影响;星上多径不会对零基线双差宽巷模糊度解算造成影响,对短基线双差宽巷模糊度解算的影响也可忽略,但长基线双差宽巷模糊度解算则受严重影响;星上多径会导致长基线双差宽巷模糊度平滑收敛缓慢,经改正后模糊度固定成功率能够显著提高,单历元取整成功率从52.7%提升到61.4%,平滑20个历元模糊度固定成功率即可从68.4%提升到95.5%。     

一种北斗非差非组合长距离基准站模糊度解算方法

为了充分利用各频率观测值信息,提出了一种非差非组合的北斗卫星导航系统长距离基准站间整周模糊度解算方法。首先,直接利用不同频率的观测值建立误差观测方程,并采用随机游走策略估计相对天顶对流层湿延迟误差和电离层延迟误差,增加历元间的约束;然后,采用一种非差整周模糊度实时线性计算方法,依次得到基准站网当前历元所有卫星的非差整周模糊度,解决了在基准星变换时,模糊度需要承接或者重新进行法方程叠加的问题;最后,使用实测数据进行方法验证,结果表明,各基准站模糊度平均固定速度为20个历元（采样间隔1 s）,可快速实现基准站载波相位整周模糊度解算。由于所提方法充分利用了各频率观测值信息,避免了线性组合放大噪声对整周模糊度固定的影响,其模糊度固定成功率与无电离层组合法相比有较大的提高。     

实时估计不同类型北斗卫星观测值的随机模型

为分析北斗卫星观测值随机特性,估计了地球静止轨道、倾斜地球同步卫星轨道、中地球轨道卫星载波相位观测值的方差分量。发现不同接收机和不同类型卫星观测值方差分量的大小和时变特性具有明显差异。为构建更切实际的方差结构随机模型,提出利用迭代最小二乘和最小范数二次无偏估计相结合的方法,实时估计不同类型北斗卫星观测值方差分量。为评估实时估计随机模型的性能,对243 m、645 m、10 137 m三条不同长度基线进行精密相对定位测试,结果表明:实时估计随机模型能有效改善北斗卫星精密单历元动态相对定位性能,尤其当站间距离较长时改善更显著。10 137m基线测试结果表明,1h数据单历元解在北、东、高方向,平均定位精度分别提高了41.3%、54.5%、51.6%,稳定性分别提高了38.4%、17.7%、39.7%。     

精密单点定位模糊度快速固定算法

精密单点定位非差模糊度解算和收敛时间是制约其应用和发展的主要因素。本文从基本观测模型出发,将消电离层模糊度分解为宽巷和窄巷分别固定,并对固定方法做了改进,削弱了初始历元相关性对收敛速度的影响;提出非差相位延迟估计(PDE)解算模型,在不利用区域或全球参考站的前提下解算卫星与接收机相位延迟。通过对中国6个IGS站数据处理结果显示,93%的模糊度可以在20 min内固定。固定后定位精度在E,N和U方向上分别提高了63%,53%和24%;定位精度可以达到毫米至厘米级。对于数据质量较好的站点(如上海站)平面精度可达3 mm,模糊度固定后精密单点定位有了很大提高。     

卫星钟差解算及其星间单差模糊度固定

整数相位模糊度解算可以显著提高GNSS精密单点定位（PPP）的精度。本文提出一种解算卫星钟差的方法,通过固定星间单差模糊度恢复出能够支持单台接收机进行整数模糊度解算的卫星钟差,即所谓的“整数”钟差。为了实现星间单差模糊度固定,分别通过卫星端宽巷FCB解算和模糊度基准的选择与固定恢复出宽巷和窄巷模糊度的整数性质。为了证明本文方法的可行性,采用IGS测站的GPS数据进行卫星钟差解算试验。结果表明,在解算钟差时,星间单差模糊度固定的平均成功率为73%。得到的卫星钟差与IGS最终钟差产品相比,平均的RMS和STD分别为0.170和0.012 ns。448个IGS测站的星间单差宽巷和窄巷模糊度小数部分的分布表明本文得到的卫星钟差和FCB产品具备支持PPP用户进行模糊度固定的能力。基于以上产品开展了模拟动态PPP定位试验,结果表明模糊度固定之后,N、E、U和3D的定位精度（RMS）分别达到0.009、0.010、0.023和0.027 m,与不固定模糊度或采用IGS钟差的结果相比,分别提高了30.8%、61.5%、23.3%和37.2%。     

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%。     

实时序贯平差和组合观测值改进的GPS监测方法

针对卫星信号高遮挡导致的可视卫星数少于4颗和卫星几何图形强度不佳,引入实时序贯算法解决了常规单历元方法仅采用当前观测方程平差时法矩阵秩亏的问题.同时,在导出常规单历元方法允许实际变形量与载波波长关系的基础上,从组合观测值波长逐步精化的角度出发提出了基于宽巷/窄巷组合观测值的改进单历元方法.该方法采用宽巷组合在无需双差模...     

一种序贯平差中长基线模糊度的解算方法

虚拟参考站(VRS)技术是目前GPS网络RTK系统研究领域的热点之一,而参考站间整周模糊度的在线解算则是VRS/RTK的关键技术。本文针对中长基线的整周模糊度解算,采用两步法求解:一是提出了采用消电离层伪距组合和双频相位组合法求解宽巷模糊度,该方法既不需要高精度的P码,也不需要顾及电离层的影响;二是对于解算L1双差模糊度,探讨了采用序贯最小二乘法解算模糊度,提出一种改进的序贯最小二乘方法,本方法既能削弱模糊度解算过程中法方程的病态性,又不影响模糊度固定时间,并结合算例进行了分析。     

GLONASS频间码偏差特性分析及其在宽巷模糊度固定中的应用

受接收机类型、固件版本和天线的影响,GLONASS IFCB变化规律复杂且难以有效改正,导致GLONASS HMW组合包含系统性偏差,无法用于GLONASS宽巷模糊度固定。本文提出一种基于GLONASS HMW组合观测值残差的站间IFCB估计方法,并对站间IFCB变化特性进行分析。结果表明,站间IFCB长期稳定,少数相同类型硬件（包括接收机类型、固件版本和天线）站间IFCB可达0.5 m。为削弱伪距多路径效应对站间IFCB估值的影响,基于一个轨道重复周期的观测数据求得一组站间IFCB对实时观测值进行补偿,实现HMW组合平滑序列直接用于GLONASS宽巷模糊度实时固定。进行站间IFCB补偿后,基线宽巷模糊度固定正确率均在98%以上。     

一种历元间差分单站单频周跳探测与修复方法

提出了一种基于历元间单差观测值的单站单频周跳探测与修复方法。通过假定前一历元为基准站,当前历元为流动站,采用相对定位处理模式获取当前历元观测值的验后单位权中误差,并基于抗差最小二乘获取每颗卫星的观测值残差,对单站单频数据进行周跳探测与修复。通过对实测数据的验证分析表明,按照本文方法可以100%探测周跳发生的历元。并且,当至少4颗卫星未发生周跳时,如发生异常卫星数小于可视卫星数的30%,则在95%以上的情况下可以有效确定异常卫星;当异常卫星过多时,本文方法确定异常卫星的成功率会有所下降。但是,对于探测出发生周跳的异常卫星,本文方法均可100%对其周跳进行修复。