基于北斗三频的BDS/GPS宽巷模糊度逐级单历元固定方法

利用北斗三频超宽巷模糊度波长较长易于固定的优势,提出一种基于北斗三频的BDS/GPS宽巷模糊度逐级单历元固定方法。首先利用载波和伪距组合固定BDS(0,-1,1)和(1,4,-5)两个超宽巷模糊度,根据固定后的超宽巷模糊度变换得到BDS宽巷模糊度(1,-1,0),然后将BDS宽巷模糊度作为约束条件与GPS宽巷观测方程联立得到GPS宽巷模糊度浮点解和其方差协方差阵,最后采用LAMBDA算法实现GPS宽巷模糊度的固定。实验结果表明,BDS超宽巷组合可实现100%固定,采用BDS约束GPS宽巷模糊度固定时ratio值均大于2,大于5的占97.8%以上,因此文中提出的方法可实现BDS/GPS双系统宽巷模糊度单历元固定,有效提升GNSS模糊度解算的时效性。     

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。     

北斗三频宽巷组合网络RTK单历元定位方法

利用三频超宽巷/宽巷模糊度波长较长从而易于固定的优势,提出了一种基于北斗三频宽巷组合的网络RTK单历元定位方法。数据处理中心利用基准站实时生成并播发包含双差对流层和电离层延迟改正信息的虚拟观测值;用户站利用载波、伪距组合及分步解算的TCAR方法基于单个卫星对、单历元可靠固定两个超宽巷或宽巷模糊度。最后利用已固定模糊度且噪声最小的宽巷观测值和内插得到的大气延迟改正进行实时动态定位解算。试验结果表明,对于本文提出的网络RTK单历元定位方法,用户站宽巷模糊度单历元解算准确率高于99.9%,统计的定位中误差平面为3~4cm,高程方向约为5cm。     

基于北斗三频的实时变形监测数据处理

针对观测条件较差时,基于双频观测值的传统变形监测数据处理算法无法快速、可靠地固定原始频点模糊度的局限性,分析了GPS和北斗导航系统BDS不同解算模式下的单历元模糊度固定成功率,提出了基于北斗三频观测值的变形监测数据处理算法。该算法采用三频模糊度解算(three-carrier ambiguity resolution,TCAR)逐次固定超宽巷、宽巷、原始频点模糊度;在不能可靠固定原始频点模糊度时,通过观测值域恒星日滤波削弱宽巷多路径的影响,采用模糊度固定宽巷进行坐标解算。利用实测数据进行检验后的试算结果表明:TCAR单历元模糊度固定成功率较双频模式有了较大提高,但在观测条件较差时难以保证较高的成功率;而宽巷模糊度固定可达到100%的成功率;经观测值域恒星日滤波后宽巷固定解坐标水平方向均方根(root mean square,RMS)可达到7mm。     

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%。     

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%。     

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%。     

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%。     

北斗系统短基线解算数据处理方法

北斗卫星导航系统基线解算和高精度定位中的关键问题是整周模糊度解算。针对北斗系统的相对定位问题,该文利用B1、B2载波相位观测值组成宽巷双差观测值,利用搜索算法固定宽巷双差整周模糊度,建立宽巷及B1、B2的双差观测方程,并利用搜索算法固定B1的整周模糊度,进而固定B2的整周模糊度。以武汉大学PANDA软件处理结果作为参考值处理16km以下的四段基线进行算法的试验检验,结果表明,四段基线在E方向、N方向、U方向的精度分别为1.5cm、2.0cm、5.0cm,验证了利用宽巷组合观测值进行北斗系统基线解算是可行的,其精度和GPS系统相当。     

基于车载移动测量的GNSS定位方法

针对车载移动测量需要高频高精度的动态差分定位解算的问题,文中介绍利用GPS、北斗、GLONASS三个卫星导航系统进行载波相位动态差分的解算方法。首先利用双频观测值组成双差宽巷观测方程,利用M-W组合求出较高精度的宽巷模糊度浮点解,然后对宽巷模糊度进行搜索固定;接着对载波双差的基础模糊度进行搜索固定;最后将固定的模糊度代入载波相位双差观测方程,利用最小二乘求解测站坐标。文中使用该方法对车载GNSS实测数据进行解算,最终可得到厘米级别的定位结果。     

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。     

Triple-frequency GPS precise point positioning with rapid ambiguity resolution

At present, reliable ambiguity resolution in real-time GPS precise point positioning (PPP) can only be achieved after an initial observation period of a few tens of minutes. In this study, we propose a method where the incoming triple-frequency GPS signals are exploited to enable rapid convergences to ambiguity-fixed solutions in real-time PPP. Specifically, extra-wide-lane ambiguity resolution can be first achieved almost instantaneously with the Melbourne-Wübbena combination observable on L2 and L5. Then the resultant unambiguous extra-wide-lane carrier-phase is combined with the wide-lane carrier-phase on L1 and L2 to form an ionosphere-free observable with a wavelength of about 3.4 m. Although the noise of this observable is around 100 times the raw carrier-phase noise, its wide-lane ambiguity can still be resolved very efficiently, and the resultant ambiguity-fixed observable can assist much better than pseudorange in speeding up succeeding narrow-lane ambiguity resolution. To validate this method, we use an advanced hardware simulator to generate triple-frequency signals and a high-grade receiver to collect 1-Hz data. When the carrier-phase precisions on L1, L2 and L5 are as poor as 1.5, 6.3 and 1.5 mm, respectively, wide-lane ambiguity resolution can still reach a correctness rate of over 99 % within 20 s. As a result, the correctness rate of narrow-lane ambiguity resolution achieves 99 % within 65 s, in contrast to only 64 % within 150 s in dual-frequency PPP. In addition, we also simulate a multipath-contaminated data set and introduce new ambiguities for all satellites every 120 s. We find that when multipath effects are strong, ambiguity-fixed solutions are achieved at 78 % of all epochs in triple-frequency PPP whilst almost no ambiguities are resolved in dual-frequency PPP. Therefore, we demonstrate that triple-frequency PPP has the potential to achieve ambiguity-fixed solutions within a few minutes, or even shorter if raw carrier-phase precisions are around 1 mm. In either case, we conclude that the efficiency of ambiguity resolution in triple-frequency PPP is much higher than that in dual-frequency PPP.     

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。     

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。     

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。     

基于北斗三频的短基线单历元模糊度固定

采用三频观测值能组成更多波长更长、噪声较小的观测值;通过依次固定超宽巷、宽巷、窄巷模糊度,可以实现模糊度的快速固定。目前以TCAR、CIR为代表的方法均是基于无几何模型的方法,通过伪距直接求解相位模糊度;由于不同卫星模糊度各自单独求解,没有综合利用所有卫星的观测值信息。基于有几何模型,使用LAMBDA方法进行逐级模糊度固定,依次固定超宽巷、两个宽巷、两个无电离层组合窄巷模糊度,最后使用模糊度固定的两个无电离层组合进行最终基线解算。北斗实测数据验证表明,针对10km的短基线数据,采用本文方法可以实现100%的单历元模糊度固定的成功率。     

BDS三频信号最优组合的模糊聚类分析法

针对如何优选出三频BDS最优载波相位线性组合观测量的问题,基于三频GNSS载波相位组合观测量理论,本文提出最优组合观测量选取的模糊聚类分析法。首先构建满足超宽巷组合和窄巷组合条件,且具有不同巷数、电离层数及噪声放大因子的三频BDS组合观测量,并假定各参数均为最优值的理论最优组合观测量;然后对满足条件的超宽巷组合和窄巷组合用模糊聚类分析法进行聚类排序;最后根据各组合观测量与假定的最优组合观测量聚为一类的先后顺序,确定三频BDS最优组合观测量的选取顺序。结果表明:模糊聚类分析法通过组合观测量的聚类排序,实现了最优组合观测量的筛选。无几何TCAR算法也验证了模糊聚类分析结果的正确性。     

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.