基于u-blox的单频精密单点定位研究及其实现

在研究实时单频精密单点定位算法的基础上,利用自编算法对低成本民用GNSS模块u-blox LEA-6T采集的单频GPS数据进行单频精密单点定位处理。结果表明,在静态和开阔环境动态情况下均获得了较好的解算精度,而在类似城市道路等复杂环境下采集数据的解算结果不太理想,需要进一步研究。     

基于单频GPS精密单点定位算法研究

研究单频GPS精密单点定位的算法,包括单频精密单点定位的回归方程及卡尔曼滤波用于单频精密单点定位.探讨卡尔曼滤波的观测方程和状态方程,给出状态转移矩阵及系统噪声矩阵.通过算例验证在1 s采样率的情况下,定位达到了分米级的精度.     

GPS单频精密单点定位的研究实现

本文研究建立了电离层参数估计的单频精密单点定位的数学模型,并综合考虑各项误差模型改正,运用卡尔曼滤波算法,开发了单频精密单点定位程序,最后利用实测数据进行实验。实验结果表明:静态平面、高程方向精度均优于0.15m,动态精度优于0.3m。     

多系统融合单频精密单点定位

针对导航定位技术的不断发展及多导航系统的出现,多系统组合定位成为导航定位发展的重要方向。该文采用多模GNSS实验跟踪网多个测站的观测数据,对多系统融合单频精密单点定位的精度进行了分析。结果表明四系统融合单频精密单点定位N方向和E方向偏差的RMS值可达厘米级,均值为7~8cm,要高于单系统和双系统融合定位的精度。在高度角较大时,四系统融合定位仍然可以保持较高精度的连续定位,单GPS系统在高度截止角30°时已无法实现连续定位。另外,多系统动态单频精密单点定位精度受硬件延迟的影响更小。     

GPS单频精密单点定位软件实现与精度分析

建立了半和改正单频精密单点定位的数学模型,利用单频栽波相位与C/A码伪距观测值,综合考虑各种误差改正模型,开发了单频精密单点定位解算模块TriP-SF,利用不同运动状态的实测数据进行了静态、静态模拟动态、车载动态及机载动态定位试验.试算结果表明,单天静态平面与高程定位精度均达到cm级,略低于当前双频精密单点定位的精度;动态定位平面位置精度为0.2～0.3 m,高程方向为0.5 m,能够满足dm级的定位要求.另外,动态定位精度与载体机动性的强弱有一定的相关性.     

基于非线性滤波的单频GPS精密单点动态定位

研究在低动态情况下利用廉价的单频GPS接收机进行精密单点动态定位,处理动态数据时运用一种新的非线性滤波估计方法。通过试验表明,该方法可行,定位结果比较稳定,并具有较高的定位精度。     

基于相对电离层延迟模型的单频GPS精密单点定位算法研究

分析了单频GPS精密单点定位的特点,提出了先在卫星间求差,再在相邻历元间求差的单频GPS动态定位数学模型,实现了定位坐标的非线性参数估计求解方法。为了降低电离层延迟残差对单频PPP的影响,研究建立了一种相对电离层延迟模型,并基于神经网络理论,实现了相应的算法,通过计算实例进行了精度分析。     

中国区域CODE全球电离层地图精度分析

电离层延迟是精密单点定位的主要误差源,双频用户可利用组合观测值消除其影响,单频用户只能利用电离层模型对其加以改正.因此电离层模型的精度对单频精密单点定位(single-frequency precise point positioning,SF-PPP)的精度至关重要.为分析欧洲轨道确定中心(Center Orbit Determination Europe,CODE)提供的全球电离层地图(global ionospheric map,GIM)在中国区域内的精度,在不同纬度范围内选取25个均匀分布的陆态网基准站,从STEC(slant total electron content,STEC)精度及单频动态定位精度两个角度对CODE GIM进行精度评估.结果表明STEC均方根(root mean square,RMS)7天内的平均值为6.38 TECU,应用CODE GIM进行单频动态精密单点定位的精度在水平方向达到亚米级,高程方向达到米级,在高纬度地区CODE GIM精度更高.     

精密单点定位解算结果可靠性评估方法研究

针对精密单点定位解算结果质量评估方法的单一性,提出了对精密单点定位解算结果进行可靠性评估并总结了三种可靠性评估方法,利用实测数据根据三种评估方法分别从静态和动态定位两方面对精密单点定位解算结果的可靠性进行了评估,验证了其解算结果的可靠性,并提出了提高精密单点定位解算结果可靠性的措施。     

动态精度单点定位(PPP)的精度分析

首先简要介绍了精密单点定位的数学模型及笔者独立研发的后处理精密单点定位软件一TriP。然后重点结合航空动态GPS数据，用研制的TriP软件进行动态单点定位实践。从内符舍和外符合两个层面，比较分析了航空动态GPS单点定位的结果和精度。计算结果表明：采用精密单点定位技术可以获得几个厘米的动态定位精度。     

北斗广域实时精密定位服务系统研究与评估分析

采用IGS、MGEX、北斗地基增强网的实时观测数据,研制北斗广域精密定位服务系统,实时生成北斗高精度轨道、钟差、电离层产品,提供厘米级北斗双频PPP、分米级单频PPP、米级单频伪距定位服务。对实时产品评估分析的结果表明:北斗卫星实时轨道与钟差产品URE统计精度约为2.0cm,实时电离层精度优于4.0TECU。采用全国分布的实时测站动态定位精度(95%置信度)评估分析表明:北斗双频PPP精度存在明显的区域特征,高纬度以及西部边缘地区的定位精度平面约0.2m,高程约0.3m;中部地区定位精度平面优于0.1m,高程优于0.2m,接近GPS实时PPP精度水平;北斗与GPS融合可以提高单北斗、单GPS的定位性能,尤其是显著加快了PPP收敛时间,收敛时间缩短到20min内。另外,除边缘地区外,北斗单频PPP实现平面0.5m,高程1.0m;北斗单频伪距单点定位实现平面2.0m,高程3.0m。     

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。     

北斗广域差分分区综合改正数定位性能分析

目前北斗广域分米级星基增强系统在钟差改正数、轨道改正数的基础上，提出了基于相位观测值的分区综合改正数，介绍了分区综合改正数的概念及单频、双频用户的使用方法与定位模型。利用中国范围不同地区的北斗观测数据和对应的分区综合改正信息，统计了单频和双频用户分区综合改正精密单点定位的精度，并对其收敛性进行了分析。通过与使用GFZ提供的北斗超快速精密星历的定位效果比较，验证了分区综合改正定位在实时定位中的优势。在此基础上进一步对中国范围内分区综合改正定位效果与分区中心距离的关系进行了分析，并对不同观测时间长度的定位效果进行比较。结果表明，经分区综合改正后的双频用户平均25 min内动态定位三维误差能收敛至0.5 m以内，收敛后的定位精度为水平0.15 m，高程0.2 m；单频用户平均20 min内动态定位三维误差能收敛至0.8 m以内，收敛后的定位精度为水平0.3 m，高程0.5 m。随着用户站距离分区中心越远，定位效果总体呈现变差的趋势。总体上，当用户在分区中心1 000 km范围内时，北斗广域分区综合改正数将能提供实时分米级定位服务。     

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。     

A preliminary evaluation of the performance of multiple ionospheric models in low- and mid-latitude regions of China in 2010–2011

Ionospheric delay is a dominant error source in Global Navigation Satellite System (GNSS). Single-frequency GNSS applications require ionospheric correction of signal delay caused by the charged particles in the earth’s ionosphere. The Chinese Beidou system is developing its own ionospheric model for single-frequency users. The number of single-frequency GNSS users and applications is expected to grow fast in the next years in China. Thus, developing an appropriate ionospheric model is crucially important for the Chinese Beidou system and worldwide single-frequency Beidou users. We study the performance of five globally accessible ionospheric models Global Ionospheric Map (GIM), International Reference Ionosphere (IRI), Parameterized Ionospheric Model (PIM), Klobuchar and NeQuick in low- and mid-latitude regions of China under mid-solar activity condition. Generally, all ionospheric models can reproduce the trend of diurnal ionosphere variations. It is found that all the models have better performances in mid-latitude than in low-latitude regions. When all the models are compared to the observed total electron content (TEC) data derived from GIM model, the IRI model (2012 version) has the best agreement with GIM model and the NeQuick has the poorest agreement. The RMS errors of the IRI model using the GIM TEC as reference truth are about 3.0–10.0 TECU in low-latitude regions and 3.0–8.0 TECU in mid-latitude regions, as observed during a period of 1 year with medium level of solar activity. When all the ionospheric models are ingested into single-frequency precise point positioning (PPP) to correct the ionospheric delays in GPS observations, the PIM model performs the best in both low and mid-latitudes in China. In mid-latitude, the daily single-frequency PPP accuracy using PIM model is ~10 cm in horizontal and ~20 cm in up direction. At low-latitude regions, the PPP error using PIM model is 10–20 cm in north, 30–40 cm in east and ~60 cm in up component. The single-frequency PPP solutions indicate that NeQuick model has the lowest accuracy among all the models in both low- and mid-latitude regions of China. This study suggests that the PIM model may be considered for single-frequency GNSS users in China to achieve a good positioning accuracy in both low- and mid-latitude regions.     

附加历元间约束的滑动窗单频实时精密单点定位算法

针对同时估计电离层延迟导致的单频精密单点定位解算秩亏问题,提出了一种附加历元间约束的多历元递推算法。该算法根据无周跳时前后历元模糊度不变的特性,在每一组多历元联合数据解算时,每颗卫星只设置一个模糊度参数,不需要外部先验信息约束即可解决秩亏问题。另外,本文算法同时考虑了参数及观测值之间的时间相关性,采用附加约束的平方根信息滤波对部分参数进行历元间约束,克服多历元算法的病态性,提高了算法的可靠性。试验采用全球分布的15个IGS跟踪站14 d的数据,静态定位精度优于3 cm,仿动态解约为1.5 dm。与同时估计电离层延迟的单频PPP方法相比,收敛速度提高了24%,与双频无电离层组合PPP的收敛速度基本一致,定位精度提高了30%,高程分量定位精度提高更为明显。     

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%。     

多系统双频精密单点定位不同模型下性能比较分析

通过2018年1月多全球卫星导航系统（GNSS）实验(MGEX)的十个测站数据,采用无电离层模型和非差非组合模型,对单系统、双系统和四系统精密单点定位（PPP）进行定位性能分析,定位性能包括收敛时间和定位精度. 实验结果表明,两种PPP模型定位性能相当,但优于单频PPP,在E、N和U方向收敛时间缩短20 min左右,定位精度提高1.6 cm左右;联合多系统能够增加卫星数,改善卫星间几何构型,提升PPP的定位性能. 对GLONASS伪距频间偏差（IFB）采用估计每颗GLONASS卫星的伪距IFB模型和伪距IFB为频率二次多项式模型提升PPP的定位性能,结果表明估计每颗GLONASS卫星的伪距IFB模型要优于伪距IFB为频率二次多项式模型,估计伪距IFB相比忽略伪距IFB在PPP定位性能上有不同程度的提升.      

Ionospheric error contribution to GNSS single-frequency navigation at the 2014 solar maximum

For single-frequency users of the global satellite navigation system (GNSS), one of the main error contributors is the ionospheric delay, which impacts the received signals. As is well-known, GPS and Galileo transmit global models to correct the ionospheric delay, while the international GNSS service (IGS) computes precise post-process global ionospheric maps (GIM) that are considered reference ionospheres. Moreover, accurate ionospheric maps have been recently introduced, which allow for the fast convergence of the real-time precise point position (PPP) globally. Therefore, testing of the ionospheric models is a key issue for code-based single-frequency users, which constitute the main user segment. Therefore, the testing proposed in this paper is straightforward and uses the PPP modeling applied to single- and dual-frequency code observations worldwide for 2014. The usage of PPP modeling allows us to quantify—for dual-frequency users—the degradation of the navigation solutions caused by noise and multipath with respect to the different ionospheric modeling solutions, and allows us, in turn, to obtain an independent assessment of the ionospheric models. Compared to the dual-frequency solutions, the GPS and Galileo ionospheric models present worse global performance, with horizontal root mean square (RMS) differences of 1.04 and 0.49 m and vertical RMS differences of 0.83 and 0.40 m, respectively. While very precise global ionospheric models can improve the dual-frequency solution globally, resulting in a horizontal RMS difference of 0.60 m and a vertical RMS difference of 0.74 m, they exhibit a strong dependence on the geographical location and ionospheric activity.     

Absolute Positioning with Single-Frequency GPS Receivers

The use of precise post-processed satellite orbits and satellite clock corrections in absolute positioning, using one GPS receiver only, has proven to be an accurate alternative to the more commonly used differential techniques for many applications in georeferencing. The absolute approach is capable of centimeter accuracy when using state-of-the-art, dual-frequency GPS receivers. When using observations from single-frequency receivers, however, the accuracy, especially in height, decreases. The obvious reason for this degradation in accuracy is the effect of unmodeled ionospheric delay. This paper discusses the availability of some empirical ionospheric models that are publicly available and quantifies their usefulness for absolute positioning using single-frequency GPS receivers. The Global Ionospheric Model supplied by International GPS Service (IGS) is the most accurate one and is recommended for absolute positioning using single-frequency GPS receivers. Using high-quality single-frequency observations, a horizontal epoch-to-epoch accuracy of better than 1 m and a vertical accuracy of approximately 1 m is demonstrated. ? 2002 Wiley Periodicals, Inc.