非组合精密单点定位算法精密授时的可行性研究

利用基于GPS双频原始观测数据的非组合精密单点定位(PPP)算法进行精密授时,给出了其数学模型与数据预处理策略。实验结果表明,非组合PPP算法可以有效避免传统PPP算法由于观测值组合过程中观测噪声及多路径效应误差被放大而造成的对接收机钟差解算的不利影响,实现亚纳秒级(0.3 ns)的钟差解算精度;同等条件下,非组合PPP算法授时精度优于传统PPP算法,可以用于精密授时解算。     

应用超快星历进行数值天气预报的可行性研究

基于中国大陆5个国际全球导航卫星系统服务跟踪站的全球定位系统观测数据和超快星历,利用GAMIT软件解算了北京房山和武汉两个测站的可降水量,将超快星历解算的可降水量与精密星历解算的可降水量和无线电探空数据计算的可降水量进行比较,分析超快星历解算可降水量的精度,探讨超快星历用于数值天气预报的可行性。     

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。     

GPS多站组网的亚纳秒实时时间比对算法

针对传统GPS PPP（precise point positioning）时间比对算法依赖精密星历产品、时间延迟较长和实时性差等问题，提出了一种多站组网实时时间比对算法。采用IGU超快速星历产品作为解算输入条件，利用多站联测增加多余观测，将测站钟差和卫星钟差作为未知数统一解算。实验结果表明，比对结果与IGS最终钟差的一致性达到了0.3 ns以内，比对结果的天频率稳定度优于2.5×10-15。     

利用精密星历进行单点定位的数学模型和初步分析

精密单点定位(Precise Point Positioning,简称PPP),是相对于一般的单点定位而言的,它是利用GPS的精密星历和钟差文件,以载波相位和伪距为观测资料,进行独立的单点精密定位.它的特点在于各站的解算相互独立,计算量远远小于一般的相对定位.尝试以伪距为观测值,利用JPL给出的精密星历(*.sp3)和钟差(*.clk),进行精密单点定位的试验,取得了初步的结果.     

基于RT-PPP的低轨卫星实时高精度时间同步方法

实现低轨导航增强的关键前提是实现低轨星座的整网时间同步,本文针对低轨导航增强系统,提出了一种基于实时精密单点定位(RT-PPP)的低轨卫星高精度时间同步方法,以解决低轨星座实时高精度时间同步的问题. 本文分析了在处理过程中存在的各类误差,介绍了低轨卫星采用状态空间(SSR)改正信息通过精密单点定位(PPP)实现实时高精度时间同步方法的处理流程,将此方法应用于气象、电离层与气候星座观测系统(COSMIC)卫星实测数据的处理,并将该方法与采用广播星历伪距的方法以及事后精密星历的方法进行了比较分析. 结果表明:采用SSR改正信息PPP的方式对2颗COSMIC卫星进行GPS双频观测值的解算,得到的轨道误差的标准差在分米级,钟差误差标准差分别在2.4 ns和2.3 ns左右,可以达到纳秒级. 通过对不同方法解算的结果进行比较可以看出,采用SSR改正信息PPP的方法明显优于采用广播星历伪距方法的解算精度,且与事后精密星历PPP的方法解算精度相当.      

利用单站GPS数据进行星载钟短期稳定性分析

高精度的卫星钟差是进行精密定位服务的关键,对于实时无模糊度精密单点定位来说,需要对广播星历卫星钟差进行历元差分来实现单站位移的解算,但钟差精度的历元间变化会对解算结果产生影响.对星载原子钟的短期稳定性进行分析,可以了解不同卫星钟差的时频特性,对研究广播星历钟差精度变化情况、提高单站位移解算精度具有重要的意义.本文利用单站GPS数据进行星间相对钟差的估计,然后基于相对钟差估计结果对星载RB钟的短期稳定性进行快速分析.通过实测的GPS数据进行实验,结果表明利用单站GPS数据估计的3 h的相对钟差精度要优于0.5 ns;阿伦方差计算结果表明BlockⅡF卫星RB钟短期稳定性最优,BlockⅡRM卫星和BlockⅡR卫星RB钟的短期稳定性基本相当,但要低于BlockⅡF卫星.     

基于Neville算法的GPS精密星历数据加密及精度验证

国际地球动力学服务组织(IGS)提供的精密星历的数据间隔是15min,远远不能满足实际数据处理需要。利用纳维尔(Neville)算法编程实现对IGS精密星历的卫星坐标和钟差的加密,并将卫星坐标插值结果与广播星历计算得到的坐标结果进行对比得到有益结论,钟差插值结果与IGS提供30s钟差数据进行比较得到较高精度的结果。     

IGU精密星历在CORS网监测中的应用

针对IGS数据处理中心发布的最终精密星历不能用于CORS网实时监测的问题,分析了IGU(超快速精密星历)用于CORS网实时监测的可行性。根据不同IGU精密星历产品的精度和时延性,基于TEQC将美国康涅狄格州10个CORS站单天观测数据平均分为4个时段,利用GAMIT/GLOBK依次进行了精密定位解算,并与最终精密星历基线解算和网平差结果进行比对。结果表明:利用IGU预测部分与最终精密星历的基线解算结果坐标分量较差最大为0.17 mm;网平差后点位坐标分量偏差最大为0.11 mm。因此,IGU预测轨道可以对CORS网进行实时监测。     

基于Vondark模型平滑精密单点定位(PPP)授时钟差解

精密单点定位技术(PPP)获得的用于精密授时的钟差解序列会受到观测噪声和模型误差影响,难以高精度描述原子频标的性能和稳定性。为进一步提高授时结果的可靠性,采用Vondark数据平滑方法对PPP的钟差序列进行平滑。算例结果表明平滑后的授时解精度和短期稳定度均有明显改进,同时还发现不同的钟差序列平滑过后效果不一样,认为适用该方法的情况是数据变化规律未知。     

The impact of errors in predicted GPS orbits on zenith troposphere delay estimation

The impact of precise GPS ephemeris errors on estimated zenith tropospheric delays (ZTD) is studied for applications in meteorology. First, the status of IGS ultra-rapid orbit prediction is presented and specific problems are outlined. Second, a simplified analytical solution of the impact of ephemeris errors on estimated ZTDs is presented. Two widely used methods are studied—the precise point positioning technique (PPP) and the double-difference network approach. A simulation experiment is additionally conducted for the network approach to assess the capability of ephemeris error compensation by the ambiguities. An example of marginal requirements for ephemeris accuracy is presented, assuming the compensation by ZTD only and admitting the error of 1 cm in ZTD. The requirement for the maximum orbit error 1 cm for radial and 8 cm for tangential position components using PPP approach, versus 217 cm (radial) and 19 cm (tangential) using network solution. Furthermore, an assessment of possible compensations of ephemeris errors by other estimated parameters was considered. In radial orbit position, an error of a few meters can be still absorbed by satellite clocks (96%) and phase ambiguities (96%) even for the PPP technique. A tangential orbit position error up to 16 cm for PPP and 38 cm for network solutions should not bias ZTD by more than 1 cm, but any bigger error could, in general. The error impact on ZTD in such cases depends on the compensation ability of ambiguities and clocks (PPP).     

傅里叶级数拟合LEO轨道误差下的BDS/GPS/LEO 精密单点定位

针对目前多数低轨道地球卫星(LEO)设计处于初步论证阶段,LEO轨道无法精确获取,轨道误差难以准确表述的问题,提出了一种傅里叶级数拟合LEO轨道误差下的BDS/GPS/LEO 精密单点定位(PPP)分析方法. 该方法根据LEO精密定轨后的轨道误差呈现准周期正弦特性,利用傅里叶级数拟合LEO轨道误差,并仿真生成LEO观测数据和星历产品,分析了LEO轨道误差对BDS/GPS/LEO PPP精度与收敛时间影响. 仿真结果表明:BDS/GPS/LEO PPP定位误差随着LEO轨道误差的增加而逐渐增大,但与测站纬度和LEO星座构型无明显关联. 且为保证全球区域BDS/GPS/LEO PPP收敛时间均短于BDS/GPS PPP收敛时间,引入6×10、12×10、18×10 LEO星座后,其LEO轨道误差均方根(RMS)应小于5 cm、11 cm、12 cm.      

远海实时GPS潮汐的实时精密单点定位观测

针对传统事后精密单点定位技术的时间延迟问题,该文基于IGS RTS实时数据流产品,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RT-PPP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:①以IGS最终卫星轨道和钟差产品为参考,RTS实时精密卫星轨道在X、y、Z方向的精度(RMS)均优于3 cm,卫星钟差的精度优于0.15 ns;②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20 cm,RMS达到7.5 cm.     

SBAS星历改正数及UDRE参数生成算法分析

星基增强系统(satellite based augmentation system,SBAS)通过地球同步轨道卫星实时播发导航卫星星历改正数和完好性参数,以提升用户定位精度和完好性。采用最小方差法解算GPS星历改正数,利用卡方统计进行改正数完好性检核,并依据星历改正数方差-协方差信息计算SBAS用户差分距离误差(user differential range error,UDRE)和信息类型28(message type 28, MT28)等完好性参数。利用中国区域27个监测站的实测数据,首先以国际GNSS服务组织的精密轨道和钟差产品为参考解算星历改正数,结果表明,钟差改正精度优于0.1 m,轨道改正精度优于0.4 m;然后解算广播星历改正数,并生成UDRE和MT28参数,广播星历残余误差卡方检验值均小于告警门限,保证了改正数的完好性;最后利用生成的改正数进行SBAS定位解算,得到定位结果的水平精度优于0.7 m,垂直精度优于1.0 m,对比GPS单点定位,所提算法的水平和垂直方向精度分别提升了30%和40%。     

快速星历代替最终星历的可行性研究

精密单点定位中卫星星历误差和卫星钟差是影响定位精度的重要误差。基于传统的消电离层模型,编制相应的程序,然后对目前IGS提供的2种精密星历（IGF、IGR）及其钟差进行实验分析。结果表明,快速星历及其钟差可以代替最终星历及其钟差进行定位。     

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。     

北斗三号卫星差分码偏差稳定性分析及其对单点定位的影响

差分码偏差（differential code bias,DCB）是影响电离层监测和导航定位精度的重要因素之一,建立DCB改正模型对高精度定位有重要意义。针对北斗三号卫星的广播星历和精密星历钟差参数时间基准不统一的问题,首先介绍了多星座实验（multi-GNSS experiment,MGEX）发布的DCB产品的估计方法,给出了部分DCB产品的精度评估和分析结果;然后提出了北斗三号卫星单频和双频伪距单点定位以及双频精密单点定位的DCB改正模型;最后利用5个MGEX测站连续5 d的实测数据分别进行了DCB改正前后的定位实验。结果表明,MGEX发布的DCB产品均具有较高的稳定性,经卫星DCB改正后,单频和双频伪距单点定位的定位精度分别提高了48%~85%和71%~91%,双频静态精密单点定位的收敛时间减少了56%~83%。     

基于PANDA软件的实时精密单点定位研究

基于PANDA软件，研究了全球以及中国境内实施实时精密单点定位的模式及可行性。实际数据分析结果显示，采用IGS中心提供的超快速预报星历（Ultra—BRD），利用全球40个左右均匀分布的IGS站实时数据，PANDA软件实现了10～20cm精度的实时精密单点定位；国内仅需6～7个测站的实时观测数据，PANDA软件就可以提供全国范围精度为10～20cm的实时精密单点定位服务。     

改进的多项式+周期项模型的卫星钟差预报

针对现有的超快速钟差产品IGU精度较低以及无法满足实时PPP技术的问题,提出了一种改进的多项式+周期项钟差预报模型。该模型采用多项式+周期项非线性函数对钟差数据进行滑动估计,结合迭代法对拟合模型的随机误差进行自然修正,以实现对卫星钟差的预报估计。通过与常见的多项式模型、灰色系统模型和多项式+周期项模型的对比分析,结果表明:改进的多项式+周期项模型更加适用于卫星钟差预报,在1天内,其预报精度RMS可以达到0.57 ns,最大偏离程度为1 ns,明显优于灰色系统模型和多项式+周期项模型;随着预报时间的增长,多项式模型、灰色系统模型和多项式+周期项模型的预报精度大幅降低,而改进的多项式+周期项模型没有大幅的变化,预报结果比较稳定。