利用接收机钟差建模提升PPP收敛速度及精度

提出了一种利用接收机钟差建模提升精密单点定位PPP收敛速度及精度的方法。传统PPP模型中通常将接收机钟差与位置同时作为参数逐历元估计。这种处理方法带来了两种参数之间的高度相关性,从而限制了PPP收敛速度及精度。利用Kalman滤波对接收机钟差进行建模,实验结果表明该方法建立的钟差模型更为准确,并降低了钟差与位置参数的相关性,PPP收敛速度加快了约67%;北方向和东方向精度分别提高了18%和22%,天顶方向精度提高了43%。     

基于小波降噪的Kalman滤波预报卫星钟差

卫星钟差预报在实时高精度导航定位中具有重要作用,Kalman滤波模型是预报卫星钟差的重要方法之一。为了进一步提高Kalman滤波模型预报卫星钟差的精度,本文提出了基于小波降噪的Kalman滤波模型预报卫星钟差。该模型使用小波降噪后数据,在保留Kalman滤波模型特点的基础上,明显地提高了短期卫星钟差预报精度。     

附加基线矢量约束的双站协同精密定位方法

传统精密单点定位(PPP)具有高精度、操作方便等诸多优点,其通常利用Kalman滤波进行未知参数的解算,但是定位性能依赖于准确的动态模型和滤波初值,如果动态模型不准确或者滤波初值设定的不正确会导致滤波性能下降甚至发散.针对该问题,提出了一种附加先验的基线约束信息的双站协同PPP定位方法,算法利用双站所成基线的方向信息和长度信息对Kalman滤波过程中双站位置的估计值进行修正,减小了浮点解的误差协方差矩阵,提高了浮点解的精度.利用实测的全球定位系统(GPS)数据进行PPP实验,实际结果表明,与传统PPP参数估计模型相比,本方法有效改善了定位的精度,缩短了收敛时间.     

顾及系统偏差的BDS铁路边坡监测方法

当前北斗三号卫星导航系统(BDS)已全面建成，并播发了新信号向用户提供服务，且新信号性能更佳。铁路遮挡环境下的自动化监测应用PPP技术时，需顾及系统偏差(ISB)的影响。本文以某铁路隧道山体边坡工程监测为例，详细介绍了附加ISB的BDS-2+BDS-3组合PPP模型，提出了八次多项式+自回归移动平均模型的ISB建模方法，并验证了模型精度，分析了边坡监测点的稳定性。研究表明，采用BDS-2(B1I,B3I)和BDS-3(B1C,B2a)组合PPP时，ISB可达数百纳秒，不能忽视其影响，但其具有短期稳定性；以为期14 d的ISB序列进行建模，在预报时长为1 d时，模型具有较高的拟合精度和较好的一致性；铁路遮挡环境下顾及BDS-2、BDS-3间ISB可有效提升定位精度和解算效率，实现对铁路边坡长期静态变形监测，监测精度可达毫米级。     

几种电离层模型对单频单点定位的影响分析

针对实时GNSS单频定位中电离层延迟改正问题,本文采用可用于实时GNSS单频定位的几种电离层模型对电离层延迟进行改正并分析其对GNSS单频单点定位性能的影响。其中,对单频SPP的电离层延迟采用模型直接进行改正,采用Klobuchar模型、CODE的预报产品c1pg、原国家测绘地理信息局的实时球谐电离层产品cosong和CODE事后产品codg计算的电离层精度依次提高;采用不同电离层模型作为电离层估计的先验约束进行单频PPP定位。结果表明:采用精度较好的电离层产品作为先验约束可加快单频PPP收敛。     

BDS精密单点定位滤波方法分析

针对精密单点定位(precise point positioning,PPP)初始阶段定位精度较低、无法利用定位结果的问题,验证平滑滤波算法在BDS静态PPP定位解算中的可行性并分析定位性能;针对平滑滤波算法具有平均效应,探讨不同时长的观测值对于点位精度的影响。实验表明:平滑滤波算法在BDS精密单点定位中的结果优于前向和后向滤波,相对于单向滤波在E、N、U方向RMS值平均减少73%—80%,极大地提高了BDS静态PPP定位的精度;其次,随着观测时间的增加,定位精度在质量好的数据下仅会造成毫米级的浮动。     

附加原子钟物理模型的PPP时间传递算法

传统精密单点定位(PPP)时间传递算法通常把接收机钟差当作相互独立的白噪声逐历元进行估计,而忽略了钟差参数历元间的相关性。针对这一问题,本文提出了一种附加原子钟物理模型的PPP时间传递算法。该算法通过利用Kalman滤波对高稳定度的原子钟钟差进行建模,拓展传统PPP时间传递模型中的接收机钟差参数,并给出了Kalman滤波过程噪声协方差和初始状态向量的确定方法。试验结果表明:该算法可以有效避免传统算法时间传递结果需要一定收敛时间的问题,使解算结果更加符合原子钟的物理特性,能够显著提高时间传递结果的精度和稳定性,可将单站时间传递精度平均提高58%,站间时间传递精度平均提高51%。     

Verhulst模型优化及其在建筑物沉降监测中的应用

针对经典Verhulst模型背景值建模机理的不严密和初始值设定的不科学性,给出了灰导数改进模型及模型参数的最优估计式。采用原始数据一次累加与其拟合值的残差平方和最小作为约束准则,推导出虚拟初始值的计算公式,建立了无需设定初始值约束的优化模型,并以南水北调工程沉降监测实例验证了模型预测精度,为沉降监测中长期预报建模提供了合理的解决方案。     

基于实时Kalman滤波的电离层建模及精度分析

文中使用CORS实时数据,基于Kalman滤波建立区域电离层TEC球谐函数模型。使用CORS相位平滑伪距电离层观测值,逐历元滤波求解电离层模型参数,分离卫星与接收机硬件延迟,并应用于单双频PPP定位中。实验结果表明,区域电离层模型精度约为1.9 TECU,较IGS发布的电离层格网数据(GIM)提高58.8%;采用区域电离层模型改正后单频PPP定位精度约为0.2 m,较GIM提高60.3%;模型提供的高精度电离层改正信息能够有效提升双频PPP收敛速度及初始定位精度。     

一种改进的BDS-2/BDS-3联合精密定轨系统偏差处理模型

针对BDS-2与BDS-3卫星之间的差异性,为实现观测数据深度融合,对BDS-2/BDS-3联合定轨中系统偏差(inter-satellite bias,ISB)模型进行研究。首先,基于奇异值分解提取相邻历元观测信息以增加数据利用率,提高ISB解算精度与可靠性;其次,分析了BDS-2/BDS-3联合定轨中ISB特性,发现新信号与BDS-2之间存在明显与接收机相关偏差;随后,利用定轨法方程求解ISB与轨道相关性,结果显示,ISB对北斗轨道精度影响较GPS(global positioning system)显著;最后,通过对ISB时间序列建立短期预报模型,并将预报值作为约束条件引入超快速定轨中。实验结果表明,针对BDS-2/BDS-3超快速轨道,利用提出的ISB的估计与预报模型,可分别改善BDS-2与BDS-3轨道18 h重叠弧段精度(一维)-0.4～1.0 cm与0.8～4.1 cm。因此,所提出的改进的ISB处理模型对优化BDS-2/BDS-3联合定轨策略具有一定参考意义。     

基于噪声估计的卡尔曼滤波用于GPS卫星钟差预报研究

利用重叠哈达玛方差确定卫星钟噪声随机模型,采用顾及钟差随机噪声模型的卡尔曼滤波进行钟差预报分析,并与最小二乘预报算法相比较,得出以下结论:卡尔曼滤波进行1 d以内的短期预报时,精度达到亚纳秒级,优于最小二乘预报算法,在长期预报或拟合数据量较少时,最小二乘预报精度优于卡尔曼滤波。     

扩展卡尔曼滤波的虚拟格网伪距差分算法研究

针对传统伪距差分服务端压力大,以及在复杂环境下进行导航定位,某些历元卫星信号弱、卫星数不足、无法连续定位的问题,该文提出了基于扩展卡尔曼滤波算法的虚拟格网伪距差分方法。该方法充分利用先验信息和动力学模型,解决了复杂环境中动态定位结果不连续、定位精度低等问题。为验证算法的有效性,该文分别进行了动态、静态实验,并与最小二乘结果进行对比,实验结果表明:静态模式下,卡尔曼滤波算法比最小二乘算法的定位精度,在N、E、U方向分别提高48.3%、47.1%、52.5%;动态模式下,卡尔曼滤波算法比最小二乘算法更加稳定,更适合复杂环境定位。     

北斗卫星伪距多路径系统偏差的修正方法及其对单频PPP的影响分析

北斗伪距观测值存在特有的多路径系统性偏差,偏差的数量级达到几个分米到米。该系统偏差可分为两类:一类是IGSO/MEO卫星随高度角变化的伪距系统性偏差;另一类是GEO卫星(高度角仅微小变化)明显的伪距系统性偏差。系统性的伪距偏差导致GEO卫星MP序列的标准偏差较大,本文针对GEO卫星伪距偏差问题提出了一种基于卡尔曼滤波的修正方法,修正后的GEO卫星MP序列的标准偏差下降了10%~16%。基于伪距相位组合的单频PPP技术的伪距权重较大,会受到北斗伪距偏差的影响,分析表明该系统性偏差将导致单频PPP定位结果高程方向产生约1m的偏差。对GEO伪距偏差采用提出的卡尔曼滤波修正方法进行修正,并应用Wanninger和Beer的高度角模型消除IGSO/MEO观测值伪距偏差,本文对修正后的单频精密单点定位精度进行了分析。4个multi-GNSS experiment(MGEX)站10d观测数据的分析结果表明:仅改正和卫星多路径误差,高程方向定位结果精度可改善65%左右;采用本文方法对GEO卫星的多路径修正后,该方向定位结果精度改善比例将进一步提高至75%左右。     

时空Kalman滤波在变形分析中的应用研究

时空Kalman滤波可对变形监测数据进行时空滤波去噪、数据插补和变形预测,本文利用时空Kalman滤波进行变形分析,从模型原理及试验两方面比较分析了Kriged Kalman filter(KKF)、space time Kalman filter(STKF)和spatio-temporal mixed effects(STME) 3种典型时空Kalman滤波模型的性能和适用性。结果表明:3种时空Kalman滤波模型均基于空间基函数及动力学模型组合形式描述时空数据的时空相关性,其主要差异在于空间变异的描述形式不同、空间基函数和状态转移矩阵构造过程不同及模型降维方法不同。在适用性方面,KKF模型更适合于稀疏测站的变形分析,STKF模型及STME模型更适合于海量测站的变形分析。在变形分析应用效果方面,3种时空Kalman滤波模型均具有较高精度的时空滤波去噪、数据插补和变形预测性能,其滤波结果相对于普通Kalman滤波结果的平均改善率为21.1%,其缺失数据插补结果相对于Hermite时间插值结果的平均改善率为42.4%,其空间预测结果相对于Kriging空间插值结果的平均改善率为65.3%,其对已知测站未来变形的时空预测结果相对于普通Kalman滤波时间预测结果的平均改善率为20.6%,其对非观测站点未来变形的时空预测结果相对于Kalman滤波+Kriging组合模型预测结果的平均改善率为20.5%。     

GPS、BDS、GPS+BDS精密单点定位精度评估

由于北斗系统卫星正式完成组网,因此有必要对BDS系统性能进行精度评估与分析。本文选取了MGEX网所采集的31 d观测数据,对比分析了GPS、BDS、GPS+BDS不同情况下静态与动态精密单点定位精度。试验结果表明,GPS和BDS单系统静态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于4、4、7 cm;GPS+BDS组合系统静态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于3、3、6 cm;GPS单系统动态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于5、5、10 cm;BDS单系统动态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于5、6、12 cm;GPS+BDS组合系统动态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于4、4、8 cm。因此组合系统相对于单系统可提高定位的稳定性和定位精度,尤其在动态PPP的情况下,组合系统的优势更为明显。     

GPS/BDS组合实时动态精密单点定位

针对常规模式下。单系统实时精密单点定位精度受接收机环境和可视卫星数量影响严重等问题,研究了GPS/BDS双系统实时精密单点定位,采用非差无电离层组合载波和伪距观测值,详细推论了Kalman滤波参数估计方法的基本原理,并利用其进行参数估计,最后通过IGS站和实测数据进行了实时PPP实验,实验表明:GPS/BDS双系统定位模式较GPS单系统有明显改善,在E、N、U方向收敛后RMS值分别达到0.125 m、0.117 m、0.289 m,较单系统在各方向分别改善了11.9%、18.1%、22.5%。证明了GPS/BDS实时PPP能够达到分米级到厘米级定位精度。     

基于AR（p）的卡尔曼滤波在GPS变形监测中的应用

由于AR（p）模型结构比较简单且计算比较方便，在变形分析中，目前常采用此模型建立变形模型。然而单纯的AR模型把模型参数作为定值，变形数据拟合误差及变形预测误差可能会比较大。介绍了将卡尔曼滤波引入AR模型，利用观测数据建立AR模型，即建立观测方程；以AR模型的参数为状态向量建立状态方程。从而形成动态系统的卡尔曼滤波函数模型，动态计算出AR模型的参数以便预测。此方法快速、实时，且占有较少内存，充分利用了AR模型和卡尔曼滤波二者的优点。     

多模GNSS融合PPP系统间偏差特性分析

多模全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）精密单点定位（precise point positioning，PPP）存在系统间偏差（inter-system bias，ISB），构建了顾及系统间偏差的多模GNSS融合PPP算法，对多星座实验（the multi-GNSS experiment，MGEX）监测网中的7个测站观测数据进行静态解算，获得Galileo、GLONASS、北斗与全球定位系统之间的ISB值。分析结果表明，四系统PPP融合定位在水平分量和高程分量的精度分别为8.9 mm、5.3 mm和10.9 mm，体现出较高的融合定位精度。不同系统ISB值在单天内的稳定性较好，均优于0.12 ns。从多天ISB序列看，ISB存在不规律跳变，变化幅度可达近20 ns。不同类型接收机ISB存在一定差异，同一类型接收机结果相近。综合来看，Galileo ISB值最稳定且结果最优，北斗与GLONASS结果相当。     

一种卫星钟自相关的实时钟差预报算法

针对实时精密单点定位(RT-PPP)中实时数据流存在中断、延迟等问题,该文构建了顾及卫星钟自相关的随机模型,提出了一种基于方差分量估计的自适应卡尔曼滤波钟差超短期/短期预报算法,评估了连续27d实测法国空间研究中心(CNES)实时数据流CLK93产品完整率和精度水平,利用哈达玛方差对比分析了该实时产品与德国地学研究中心(GFZ)事后GBM产品的频率稳定性。利用本文算法与传统卡尔曼算法对两类产品进行预报,结果显示:CLK93产品BDS系统(C)、GPS系统(G)、GLONASS系统(R)、Galileo系统(E)30s和1min预报精度分别平均提升了8.50%、8.44%、7.20%、6.96%;GBM产品相应4个系统12h和24h预报精度分别平均提升了3.14%、3.53%、0.96%、10.01%。     

天线相位中心改正对BDS二代卫星精密定位的影响分析

精确改正卫星端PCO/PCV偏差是实现精密单点定位的重要前提。本文对目前多家分析中心提供的不同的BDS二代卫星端PCO/PCV改正值进行了PPP定位精度评估，评估过程中选取了15个MGEX测站，设计4套方案分别处理了静态PPP和动态PPP。结果表明：①BDS 3类不同结构类型的卫星端PCV改正值在视线距离上引起的误差最大可达10 cm，必须加以改正；②当使用同一分析中心的精密产品和PCO/PCV改正值时，其坐标残差较小、收敛速度较快，收敛后N、E、U 3个方向的坐标定位精度较高；③当使用ESA的精密轨道和钟差进行PPP解算时，整体上的动态定位残差RMS最低，动态定位效果最好，相对于使用IGS的PCO/PCV，其在E、N、U方向提高率分别约为31%、20%和9%。本文对高精度动、静态导航和定位的参数模型选取具有一定的参考价值。