实时精密单点定位的远海实时GPS潮汐观测

针对IGS实时数据流产品,该文开展了实时精密单点定位技术在远海实时GPS验潮中的应用研究。对RTS改正的实时精密卫星轨道和钟差进行了精度验证和分析,给出了实时精密单点定位的数据处理策略以及实时GPS验潮的基本流程;组织和实施了渤海湾船载GPS验潮试验,以压力式验潮仪数据为参考,对远距离实时GPS潮汐测量结果进行了精度分析。结果表明:以IGS最终卫星轨道和钟差产品为参考,实时数据流产品实时精密卫星轨道在X、Y、Z方向的精度均优于3cm,卫星钟差的精度优于0.15ns;采用傅里叶低通滤波方法,消除波浪对潮汐观测的影响,进一步提取潮位信息。在忽略船体姿态改正的情况下,实时精密单点定位验潮相对于压力式验潮仪结果的最大偏差优于20cm,RMS达到7.5cm。     

不同星历下实时精密单点定位精度分析

基于自主研制的软件,分别利用超快速外推星历和钟差,以及基于广播星历的实时SSR改正的精密星历和钟差进行实时精密单点定位。结果表明,利用SSR改正信息的实时精密单点定位精度更高;利用SSR改正信息得到的实时星历和钟差与IGS最终产品对比,卫星位置互差RMS值优于7 cm,钟差互差RMS值优于0.3 ns;收敛后实时SSR改正和超快速这两种产品实时静态定位精度水平方向RMS值分别优于3 cm、4 cm,高程RMS值优于3 cm、6 cm。     

GPS卫星钟差改正数实时预报算法

实时卫星钟差（satellite clock bias,SCB）的获取是实时精密单点定位（real-time precise point positioning,RTPPP）需要解决的关键问题。给出了国际GNSS服务（International GNSS Service,IGS）所提供的实时服务（real-time service,RTS）钟差产品的修复方法,分析了IGS02、IGS03实时数据流中GPS卫星钟差改正数的稳定性及其精度。同时,从原理上推导证明了钟差一次差分数据符合一次多项式模型,并结合对GPS卫星钟差改正数的分析提出了一种基于一次差分的钟差改正数预报算法,通过与一次多项式模型、二次多项式模型以及灰色模型的预报精度进行对比试验,结果表明,该钟差改正数预报算法预报精度有明显提高,预报30 s的精度达到0.06 ns,可满足实时精密单点定位的要求。     

广播星历SSR改正的实时精密单点定位及精度分析

本文分析了利用广播星历和SSR改正信息获取实时精密星历和卫星钟差的方法,并对生成的实时产品进行了精度评估:利用IGS分析中心提供的实时NTRIP数据流SSR改正信息,基于广播星历改正RTPPP模型实现了实时静态和动态精密单点定位,并分别进行了精度分析。结果表明:将广播星历SSR改正获得的实时产品与IGS最终产品相比较,卫星轨道互差RMS值为4cm~7cm、卫星钟差互差RMS值优于0.3ns;实时静态PPP在观测时段6h以上的情况下,可实现水平方向2cm、高程方向4cm的定位精度,24h单天解的平面及高程方向精度均优于2cm;实时动态PPP的定位精度可达cm级,收敛至亚dm级精度的时间与事后PPP在不固定非差模糊度情况下所需的时间相当。     

一种基于IGS超快星历的区域性实时精密单点定位方法

实时GPS精密单点定位需要实时的卫星轨道和钟差产品,为此提出一种利用区域GPS连续运行参考站和IGS发布的IGU超快轨道进行实时精密单点定位的方法.该方法首先利用连续运行参考站观测数据与IGU超快轨道预报部分进行实时GPS卫星钟差的估计,然后利用估计得到的实时GPS卫星钟差产品和IGU超快轨道预报部分,进行用户GPS接...     

广域实时精密定位与时间服务系统

广域实时精密定位与时间服务已成为GNSS应用领域研究热点,目前国内外学者围绕其模型算法已展开大量的研究。本文重点论述广域实时精密定位与时间服务数据的处理方法和服务系统,给出了基于不同基准约束的卫星钟差解算数学模型,提出通过引入外接原子钟测站、标准时间源(UTC/BDT)等不同时间基准,构建卫星拟稳基准、外接原子钟跟踪站拟稳基准及标准时间源等约束下的钟差解算模型,分析了时间基准对精密单点定位和精密单点授时的影响。本文采用实时卫星轨道、钟差、相位偏差、电离层延迟等服务产品及跟踪站实时数据,验证了系统产品可靠性及终端定位与时间服务性能。实测结果表明:GPS轨道径向精度1.8 cm,钟差STD精度约0.05 ns;BDS-3轨道径向精度6.7 cm,钟差STD精度优于0.1 ns;GPS和BDS-2电离层改正精度分别为0.74 TECU与1.03 TECU。基于该产品实现了用户端PPP、PPP-RTK及PPT、PPT-RTK服务,满足了用户实时厘米级定位和优于0.5 ns的单站时间传递服务,当采用GPS+BDS-2 PPP-RTK解算时,平面收敛至5 cm约需要12 min。     

基于新陈代谢灰色模型的实时GPS卫星钟差预报研究

实时GPS卫星钟差的可靠性预报是GPS实现实时精密单点定位的关键技术之一。传统的GM(1,1)模型不能及时更新新息数据,致使计算结果精度较差。本文首先介绍了常用的几个钟差模型,并利用新陈代谢GM(1,1)模型,与常用的二次多项式模型进行了对比。通过自编程序,依据某一IGS跟踪站实测的精密卫星星历数据,进行了实时的GPS卫星钟差预报,并与IGS事后精密钟差进行了比较。实验结果表明,基于该新陈代谢GM(1,1)模型估计的卫星钟差与IGS发布的最终精密钟差具有较好的有效性和一致性,这为实时GPS动态精密单点定位提供较高精度的卫星钟差产品。     

嵌入式GPS/BDS实时精密单点定位方法

实时性和动态性是精密单点定位面临的关键问题。本文基于实时轨道钟差改正产品,讨论了GPS/BDS实时精密单点定位数学模型及误差处理方法。搭建嵌入式软硬件平台,研制出一套具有实时GPS/BDS双系统高精度定位功能的嵌入式设备。测试结果表明,对于嵌入式GPS/BDS实时精密单点定位,静态条件下平面方向优于3 cm,高程方向优于8 cm;动态条件下平面方向优于12 cm,高程方向优于15 cm。     

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。     

北斗卫星精密轨道与钟差精度分析

针对北斗卫星导航系统的卫星姿态模型、天线相位中心改正及卫星定轨数据处理策略未统一的现状,该文对比分析了武汉大学和德国地学研究中心提供的北斗事后精密轨道和钟差产品的差异及精度,结合实测数据,通过分析精密单点定位的定位精度来比较两中心精密轨道和钟差的差异。实验结果表明:北斗卫星的精密轨道精度与轨道类型有关,地球静止轨道(GEO)卫星的轨道精度为米级,倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星的轨道精度为分米级,中地球轨道(MEO)卫星切向、法向和径向的精度分别为10.81、5.41和3.37cm;GEO卫星钟差精度优于0.38ns,IGSO卫星钟差优于0.25ns,MEO卫星钟差优于0.15ns;两家分析中心产品的北斗静态精密单点定位的平面精度相当;北斗静态精密单点定位的RMS统计值平面精度优于3cm,三维精度优于7cm。     

基于单个GPS/BDS信标台增强的实时精密单点定位

随着IGS实时服务的推广,实时轨道、钟差产品可用于实时PPP;然而,在一些通讯条件差的地方,如偏远山区和广袤的海洋,差分信号的播发与接收仍然是实时PPP的障碍。文中提出一种基于单个GPS/BDS信标台的实时PPP定位方法:基站采用广播星历和无电离层伪距、相位观测值,实时估计耦合轨道、钟误差;单向通讯的方式播发给用户端,减小通讯量,提高用户端的定位性能。经过分别距参考站约200km和300km的流动站进行验证,通过约10~12min收敛,GPS/BDS组合可得到水平优于20cm的定位精度。本案验证了采用广播星历进行实时PPP的可行性,为海洋和偏远地区提供一种高精度定位方法。     

基于广播星历的单站载波相位授时算法

针对传统单站授时算法的局限性,提出了一种基于广播星历的单站载波相位授时算法。该算法在标准单点定位授时算法仅采用伪距观测量的基础上,增加了载波相位观测量,授时精度得到了显著改善;该算法与精密单点定位授时算法相比,不需要精密轨道和钟差,摆脱了IGS等外部事后精密星历产品的依赖,能够广泛应用于实时授时。并利用IGS站观测数据进行实验分析,结果表明,单站载波相位授时精度明显优于标准单点定位授时算法,授时精度可达1~2 ns。     

不同参考基准精密星历对单点定位的影响

精密单点定位的实质就是利用精密星历和精密卫星钟改正来实现定位。但是IGS不同分析中心提供的精密星历和卫星钟改正数的基准不一致,如果使用不同分析中心提供的精密星历和卫星钟差就会对定位精度产生影响。本文采用IGS精密星历和JPL精密星历,使用相同的IGS精密卫星钟差,分别计算对测站坐标精度的影响。     

An approach to GPS clock prediction for real-time PPP during outages of RTS stream

The international GNSS service (IGS) has been providing an open-access real-time service (RTS) since 2013, which allows users to carry out real-time precise point positioning (RT-PPP). As the availability of RTS products is vital for RT-PPP, a disruption in receiving RTS products will be a concern. Currently, the IGS Ultra-rapid (IGU) orbit is accurate enough to be used as an alternative orbit for RTS during RTS outages, while the precision of the IGU predicted clock offsets is far below that of the RTS clock product. The existing clock prediction methods based on received RTS clock data will not work well if the discontinuity arises shortly after the start of the RT-PPP processing due to the lack of RTS clock data to fit the prediction model or to predict clock offsets at a high precision. Even if there is a sufficient amount of RTS clock data available, saving large amounts of RTS clock data would also use processor memory. An alternate approach for GPS clock prediction is proposed. The prediction model, composed of linear polynomial and sinusoidal terms, is similar to those used by the precious methods. The main innovation is the determination of the model coefficients: coefficients of linear and sinusoidal terms are estimated with the epoch-differenced clock offsets from the IGU observed part, while the constant coefficient is computed with the latest RTS clock corrections. There is no need to save the received RTS clock corrections, and clock prediction can be carried out even with only one epoch of RTS data. Evaluation of the proposed method shows that the predicted clock offsets within a short period of prediction time, e.g., 5 min, are slightly worse than RTS clock data. Even when the predicted time reaches up to 1 h, the precision of the predicted clock offsets is still higher than that of IGU predicted clock offsets by about 50%.     

GPS星历精度对精密单点定位的影响

精密单点定位的实质就是利用精密星历和精密卫星钟改正来实现单机精密定位。本文简要地介绍了精密单点定位的原理及技术关键,在此基础上,分析了IGS目前提供的3种精密星历(IGF、IGR、IGU)的精度和时延性。根据实验数据进一步分析了3种精密星历对精密单点定位精度的影响。通过精度分析,得出利用IGS的超快星历也可以达到厘米级定位精度,为全球厘米级单站RTK提供了有益的参考。     

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。     

动态GPS精密单点定位三种星历精度差异分析

针对传统的动态GPS中采用不同星历的定位精度问题,给出了无电离层模型数学方程,改正了电离层延迟、对流层延迟、多路径效应、相对论效应以及天线相位中心偏差等误差的影响,采用扩展Kalman滤波解算出每个历元时刻接收机坐标。采用Rapid、Final与RTS共3种不同星历产品计算KPPP,比较了3种不同星历解算结果。对比实验表明:使用Rapid星历计算KPPP结果与Final星历计算结果偏差很小,处于2cm之内,故在时效性要求较高的动态GPS工程应用中可以采用Rapid星历替代Final星历;而使用RTS星历计算结果与Final星历计算结果偏差1.3m,使用RTS星历定位精度低于Final、Rapid星历计算结果,但其具有实时定位的明显优势。     

Real-time clock offset prediction with an improved model

The GPS orbit precision of the IGS ultra-rapid predicted (IGU-P) products has been remarkably improved since 2007. However, the satellite clock offsets of the IGU-P products have not shown sufficient high-quality prediction to achieve sub-decimeter precision in real-time precise point positioning (RTPPP), being at the level of 1–3 ns (30–90 cm) RMS in recent years. An improved prediction model for satellite clocks is proposed in order to enhance the precision of predicted clock offsets. First, the proposed prediction model adds a few cyclic terms to absorb the periodic effects, and a time adaptive function is used to adjust the weight of the observation in the prediction model. Second, initial deviations of the predictions are reduced by using a recomputed constant term. The simulation results have shown that the proposed prediction model can give a better performance than the IGU-P clock products and can achieve precision better than 0.55 ns (16.5 cm) in real-time predictions. In addition, the RTPPP method was chosen to test the efficiency of the new model for real-time static and kinematic positioning. The numerical examples using the data set of 140 IGS stations show that the static RTPPP precision based on the proposed clock model has been improved about 22.8 and 41.5 % in the east and height components compared to the IGU-P clock products, while the precisions in the north components are the equal. The kinematic example using three IGS stations shows that the kinematic RTPPP precision based on the proposed clock model has improved about 30, 72 and 44 % in the east, north and height components.