基于原始观测值的单频精密单点定位算法

研究了一种基于GPS原始观测值的单频PPP算法。该算法通过增加电离层延迟先验信息、空间和时间约束的虚拟观测方程,将电离层延迟当作未知参数与其他定位参数一并进行估计来高效修正电离层延迟误差。通过使用全球178个IGS站1d的实测数据对本算法的收敛速度、定位精度和电离层VTEC的精度进行检验与分析。结果表明,该算法的收敛速度和稳定性均得到了改善,其静态单频单天PPP解的精度可达2~3cm、模拟动态单频单天PPP解的精度可达2~3dm,并且单频PPP与双频PPP提取的电离层总电子含量平均偏差小于5个TECU,可作为一种附属定位产品使用。     

利用三频数据最优组合求解电离层延迟的方法

针对利用双频观测值估计双差电离层延迟量时间长、精度低等问题,基于三频载波观测值,提出了一种适用于长距离双差电离层延迟量实时估计的方法。首先,根据不同观测值线性组合的误差特性,选择求解电离层延迟量的最优组合观测值;然后,在准确获取最优组合观测值对应模糊度的基础上求解电离层延迟量初值;最后,引入平滑思想,通过Hatch滤波进一步优化电离层延迟量初值。算例分析表明,只要利用几十甚至十几个历元,双差电离层延迟量估值精度即可有效控制在2cm之内,实现了长距离双差电离层延迟量实时、高精度估计。     

利用非组合精密单点定位技术确定斜向电离层总电子含量和站星差分码偏差

联合双频GPS数据,利用相位平滑伪距算法,可得到包含斜向电离层总电子含量（slant total electron content,sTEC）、测站和卫星差分码偏差（differential code bias,DCB）的电离层观测值（称之为＂平滑伪距电离层观测值＂）,常应用于与电离层有关的研究。然而,平滑伪距电离层观测值易受平滑弧段长度和与测站有关的误差影响。提出一种新算法：利用非组合精密单点定位技术（precise point positioning,PPP）计算电离层观测值（称之为＂PPP电离层观测值＂）,进而估计sTEC和站星DCB。基于短基线试验,先用一台接收机按上述两种方法估计sTEC,用于改正另一接收机观测值的电离层延迟以实施单频PPP,结果表明,利用PPP电离层观测值得到的sTEC精度较高,定位结果的可靠性较强。随后,选取全球分布的8个IGS（internationalGNSS service）连续跟踪站2009年1月内某四天的观测数据,利用上述两种电离层观测值计算所有卫星的DCB,并将计算结果与CODE发布的月平均值进行比较,其中,平滑伪距电离层观测值的卫星DCB估值与CODE（Centre for Orbit Deter mination in Europe）发布值的差别较大,部分卫星甚至可达0.2～0.3 ns,而PPP电离层观测值而言,绝大多数卫星对应的差异均在0.1 ns以内。     

利用非组合精密单点定位提取区域电离层延迟及其精度评定

提出了一种利用非组合精密单点定位（PPP）提取区域电离层延迟的方法,并将区域电离层延迟内插至用户站实施单频仿动态PPP,以检验电离层延迟的提取精度。结果表明,电离层延迟内插精度受电离层活动变化影响较小,2 d内均能保证优于1 dm;单频仿动态PPP的定位精度在平面方向约为4~5 cm,高程方向优于1 dm;为便于比较分...     

3种GPS+BDS组合PPP模型比较与分析

无电离层组合和非组合模型是GNSS精密单点定位(PPP)常用的两种函数模型。本文通过详细分析PPP的两种函数模型各类参数间的相关特性,建立了参数独立的函数模型。对非组合PPP模型的电离层参数引入虚拟观测方程进行约束,有效提高了PPP的收敛速度。最后,从定位精度和收敛时间两方面分析不同函数模型的GPS单系统和GPS+BDS组合PPP静态、模拟动态定位效果。结果表明:GPS单系统和GPS+BDS组合PPP定位精度相当,静态的无电离层组合与非组合PPP均可达到厘米至毫米级精度,动态PPP精度的平面优于3cm,高程优于5cm;无电离层组合PPP收敛时间优于非组合的PPP,电离层加权非组合PPP的收敛时间最短。动态定位中,电离层加权模型相比于无电离层组合模型,可减少约15%的收敛时间,相比于非组合模型,可减少约34%。     

基于非组合精密单点定位的区域电离层建模

电离层是地球空间的重要组成部分,电离层延迟是全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)数据处理的重要误差源,电离层的影响主要表现为地面站接收到的卫星载波和伪距信号的附加时延效应,最大可达几十米,精确的电离层模型可以有效提高GNSS单频数据处理的精度。利用GNSS观测值研究电离层,一般采用无几何距离组合的码和相位观测值,使用相位平滑伪距方法得到平滑电离层观测值,但是该方法容易受到伪距多路径和观测噪声的影响,导致电离层估计不准确。因此,先基于非组合精密单点定位(precise point positioning,PPP)提取电离层,利用国际GNSS服务的轨道、钟差等产品,有效减少待估参数个数,提高电离层延迟的估计精度;再使用纬度差和太阳时角差的多项式拟合进行区域电离层建模。利用某省连续运行参考站系统数据提取了天顶方向总电子含量信息进行建模,与PPP解算结果进行比较,在测站天顶方向上的模型值和解算值差异较小(除个别卫星外),可达到2 TECU左右。     

网络RTK基准站间的模糊度及空间相关误差解算

利用载波相位双差观测值的宽巷和无电离层组合固定部分模糊度参数,并采用Kalman滤波算法估计残余的对流层延迟;然后对观测值进行改正,剔除对流层延迟误差,从而提高剩余模糊度参数的固定率;最后估计双差电离层延迟。文中采用美国CORS网的GPS数据进行实验,实验结果表明,自适应滤波算法可明显提高残余对流层延迟的解算精度和模糊度的解算效率;固定模糊度并改正对流层和电离层延迟,差分定位精度得到很大提高。     

BDS-3 PPP-B2b精密轨道辅助非差非组合PPP-RTK

BDS-3通过其高轨道卫星的B2b信号向亚太地区用户免费提供了标准精密单点定位服务,但PPP近半小时的收敛时间和分米级的实时定位精度不利于其后续应用推广。因此,本文提出了融合PPP-B2b精密卫星轨道产品与区域稀疏参考站观测数据的增强定位方法,即基于PPP-B2b的非差非组合精密单点实时动态定位技术,并采用站间单差电离层伪观测值对其进行约束,以实现电离层延迟等参数的严密估计。此外,本文还重点设计了区域电离层斜延迟及其精度信息的单星实时建模方案,有效压缩播发数据量的同时提高了PPP-RTK的应用性能。在此基础上,利用京津区域参考网对上述方法进行了近实时验证。结果表明：本文方法提供的电离层斜延迟修正精度可达2.2 cm(BDS-3)/2.4 cm(GPS);超95%BDS-3+GPS定位样本的绝对误差可在2 s内收敛到水平2 cm与垂直5 cm,而且定位误差收敛后可实现水平毫米级与垂直厘米级的定位精度。     

一种加快BDS精密单点定位初始化的方法

由于BDS卫星的星座特性及卫星的轨道和钟差的精度影响,使得传统消电离层组合精密单点定位(PPP)的初始化时间较长。针对上述问题,文中对附加电离层约束的非组合精密单点定位算法进行研究。首先介绍非组合PPP算法,分析其与传统PPP的差异;其次分别利用CODE电离层格网产品,以反距离加权算法计算的站星电离层延迟、低阶球谐函数建立的区域电离层产品等作为先验信息对非组合PPP进行约束。通过MGEX观测网实测数据静态和仿动态计算表明,相比传统消电离层组合PPP,附加电离层约束的非组合PPP能够有效缩短初始化时间,同时能够获得高精度的定位结果。     

利用单基准站改正信息和电离层参数估计的单频PPP算法

利用单个基准站提供的改正信息对流动站的单频观测值数据进行改正,同时引入电离层参数进行实时电离层延迟估计,进行单频精密单点定位（PPP）计算。相比传统的单频PPP方法,本文方法对单频PPP的收敛速度和定位精度都有很大的提高,定位精度优于2cm,且受基准站距离的影响较小。     

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。     

基于GPS非差观测值进行精密单点定位研究

介绍了精密单点定位所用的数学模型及解算方案，着重分析了基于GPS非差双频观测值进行精密单点定位的误差模型、数据质量控制方法、卫星钟差的估算和内插、数据和解的一致性及精密单点定位能达到的精度等问题，并和双差结果作了比较。结果表明，利用精密星历及卫星钟改正参数的精密单点定位可达到cm级精度。     

联合GEO/IGSO/MEO的北斗PPP模糊度固定方法与试验分析

由于北斗地球静止轨道（geostationary earth orbiting,GEO）卫星轨道精度较低且其观测值受多路径误差和伪距偏差影响严重,目前各分析中心尚未针对北斗GEO卫星提供长期稳定的相位小数偏差（uncalibrated phase delay,UPD）产品,北斗精密单点定位（precise point positioning,PPP）模糊度固定技术研究主要针对倾斜轨道（inclined geosynchronous orbiting,IGSO）和中地球轨道（medium earth orbiting,MEO）卫星。本文采用Wanninger和Beer的高度角模型消除了IGSO/MEO观测值伪距偏差,并通过小波变换提取低频分量修正伪距观测值的方法削弱了GEO卫星多路径和伪距偏差的影响。由于窄巷UPD估值受未模型化误差影响较大,本文改进了窄巷UPD估计的策略,该策略利用上一历元成功估计的窄巷UPD对当前历元的浮点模糊度进行改正,剔除了残差较大的浮点模糊度,修正固定错误的整周模糊度,从而提高了窄巷UPD的精度和稳定性。利用估计得到的UPD产品,本文实现了联合GEO、IGSO和MEO卫星的北斗非差PPP模糊度固定,并对其定位性能进行分析。结果表明：联合GEO、IGSO和MEO卫星的PPP固定解的首次固定时间和收敛时间均可以缩短到30 min以内;6 h后的E、N、U方向的定位误差由（1.35、0.35、2.75）cm减少到（1.07、0.26、2.24）cm,分别减少了20%、27%和18%。     

Method for real-time self-calibrating GLONASS code inter-frequency bias and improvements on single point positioning

Utilization of frequency-division multiple access (FDMA) leads to GLONASS pseudorange and carrier phase observations suffering from variable levels inter-frequency bias (IFB). The bias related with carrier phase can be absorbed by ambiguities. However, the unequal code inter-frequency bias (cIFB) will degrade the accuracy of pseudorange observations, which will affect positioning accuracy and convergence of precise point positioning (PPP) when including GLONASS satellites. Based on observations made on un-differenced (UD) ionospheric-free combinations, GLONASS cIFB parameters are estimated as a constant to achieve GLONASS cIFB real-time self-calibration on a single station. A total of 23 stations, with different manufacturing backgrounds, are used to analyze the characteristics of GLONASS cIFB and its relationship with variable receiver hardware. The results show that there is an obvious common trend in cIFBs estimated using broadcast ephemeris for all of the different manufacturers, and there are unequal GLONASS inter-satellite cIFB that match brand manufacture. In addition, a particularly good consistency is found between self-calibrated receiver-dependent GLONASS cIFB and the IFB products of the German Research Centre for Geosciences (GFZ). Via a comparative experiment, it is also found that the algorithm of cIFB real-time self-calibration not only corrects receiver-dependent cIFB, but can moreover eliminate satellite-dependent cIFB, providing more stable results and further improving global navigation satellite system (GNSS) point positioning accuracy. The root mean square (RMS) improvements of single GLONASS standard point positioning (SPP) reach up to 54.18 and 53.80% in horizontal and vertical direction, respectively. The study’s GLONASS cIFB self-estimation can realize good self-consistency between cIFB and stations, working to further promote convergence efficiency relative to GPS?+?GLONASS PPP. An average improvement percentage of 19.03% is observed, realizing a near-consistent accuracy with GPS?+?GLONASS fusion PPP.     

估计接收机差分码偏差的GPS/BDS非组合精密单点定位模型

在传统多系统非差非组合精密单点定位（precise point positioning，PPP）模型中，电离层延迟会吸收部分接收机码硬件延迟，其估计值可能为负数。提出了一种估计接收机差分码偏差（differential code bias，DCB）参数的GPS（Global Positioning System）/BDS（BeiDou Navigation Satellite System）非组合PPP模型，将每个系统第1个频率上的接收机码硬件延迟约束为零，对接收机DCB进行参数估计，达到了分离电离层延迟和接收机码硬件延迟的目的，降低了接收机钟差和电离层延迟的相关程度。利用4个多星座实验（multi-GNSS experiment，MGEX）跟踪站的GPS/BDS数据进行了静态和动态PPP试验，结果表明，与不估计DCB参数的PPP模型相比，采用估计DCB参数PPP模型后，静态模式下定位精度和收敛速度平均提高了29.3%和29.8%，动态模式下定位精度和收敛速度平均提高了15.7%和21.6%。     

单站多参数GLONASS码频间偏差估计及其对组合精密单点定位的影响

在分析传统GPS/GLONASS组合PPP数学模型中忽略GLONASS码IFB不足的基础上,提出一种基于"多参数"的组合PPP与码IFB估计算法。将"频间偏差"与"系统时差"参数进行合并,通过引入多个独立的"时频偏差"参数对组合PPP中的GLONASS码IFB进行函数模型补偿,同时可实现基于单个测站观测数据的码IFB精确估计。对配备6种GNSS品牌接收机的30个IGS站实测数据进行GLONASS码IFB估计与分析。结果表明:各品牌接收机不同频率通道的GLONASS码IFB可达数米,且表现出与频率的明显相关性,但难以通过简单函数建模为其提供精确的先验改正值;相同品牌接收机的GLONASS码IFB整体上具有相似的特性,而在个别测站会表现出异常特征;即使接收机类型、固件版本及天线类型完全相同的测站,GLONASS码IFB值也可能存在显著差异。新算法能实现对GLONASS码IFB的有效补偿,明显加快组合PPP的收敛速度。虽然引入多个附加参数会导致函数模型自由度减小,但对定位精度的影响有限,与传统"单参数"法进行组合PPP的定位精度相当。     

A new differential code bias (C1–P1) estimation method and its performance evaluation

The current satellite clock products are computed using the ionosphere-free phase (L1/L2) and code (P1/P2) observations. Thus, if users conduct undifferenced positioning using these clock products together with C1 and P2 observations, the differential code bias (DCB) (C1–P1) should be properly compensated. The influence of DCB (C1–P1) on the undifferenced ambiguity solutions is investigated. Based on the investigation, we propose a new DCB (C1–P1) estimation method. Using it, the satellite DCB (C1–P1) can be computed. A 30-day (DOY 205–234, 2012) dual-frequency GPS data set is processed to estimate the DCB (C1–P1). Comparing the estimated results with that of IGS DCB products, the accuracy is better than 0.13 m. The performances of DCB (C1–P1) in the code-based single-point positioning, precise point positioning (PPP) convergence and wide-lane uncalibrated phase delay (UPD) estimation are investigated using the estimated DCB (C1–P1). The results of the code-based single-point positioning show that the influence of DCB (C1–P1) on the up direction is more evident than on the horizontal directions. The accuracy is improved by 50 % and reaches to decimeter level with DCB (C1–P1) application. The performance of DCB (C1–P1) in PPP shows that it can accelerate PPP convergence through improving the accuracy of the code observation. The computed UPD values show that influence of DCB (C1–P1) on UPD of each satellite is different, and some values are larger than 0.3 cycles.     

利用UofC消电离层组合的GPS/GLONASS精密单点定位研究

利用码和载波相位观测值半和线性组合可以消除电离层一阶误差的特性,讨论了基于UofC消电离层组合的GPS/GLONASS精密单点定位的数学模型。UofC模型对两个频率上的模糊度参数分别进行估计,为进一步获得模糊度参数的整数解提供了便利。利用IGS跟踪站的GPS/GLONASS观测数据对UofC模型和传统的在两个频率码观测值间进行消电离层组合的模型进行了比较,统计结果表明,UofC模型与传统模型相比在平面位置定位精度上略有提高,但总体上差别不大。     

Impact of GPS differential code bias in dual- and triple-frequency positioning and satellite clock estimation

The features and differences of various GPS differential code bias (DCB)s are discussed. The application of these biases in dual- and triple-frequency satellite clock estimation is introduced based on this discussion. A method for estimating the satellite clock error from triple-frequency uncombined observations is presented to meet the need of the triple-frequency uncombined precise point positioning (PPP). In order to evaluate the estimated satellite clock error, the performance of these biases in dual- and triple-frequency positioning is studied. Analysis of the inter-frequency clock bias (IFCB), which is a result of constant and time-varying frequency-dependent hardware delays, in ionospheric-free code-based (P1/P5) single point positioning indicates that its influence on the up direction is more pronounced than on the north and east directions. When the IFCB is corrected, the mean improvements are about 29, 35 and 52% for north, east and up directions, respectively. Considering the contribution of code observations to PPP convergence time, the performance of DCB(P1–P2), DCB(P1–P5) and IFCB in GPS triple-frequency PPP convergence is investigated. The results indicate that the DCB correction can accelerate PPP convergence by means of improving the accuracy of the code observation. The performance of these biases in positioning further verifies the correctness of the estimated dual- and triple-frequency satellite clock error.     

北斗卫星伪距偏差模型估计及其对精密定位的影响

现阶段北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）的同步地球轨道（geostationary orbits,GEO）卫星、中倾斜地球同步轨道（inclined geo-synchronous orbits,IGSO）卫星和中圆地球轨道（medium earth orbit,MEO）卫星均存在伪距偏差,该伪距偏差的存在对精密定位的研究及其应用产生了较大的影响。根据北斗IGSO和MEO卫星的伪距偏差与高度角和频率相关的误差特性,本文分析了测站数目及分布,以及观测时长对建模的影响,选择18个测站2015年全年的数据作为MEO卫星的建模数据,其中可以连续观测到全弧段IGSO卫星的4个测站用于IGSO卫星的建模,采用加权分段线性拟合联合抗差估计的方法建立了北斗卫星伪距偏差改正模型。模型改正后,北斗IGSO和MEO卫星的伪距偏差得到明显的削弱,相比于传统的伪距偏差改正模型,精密单点定位（precise point positioning,PPP）的定位精度和收敛时间均得到提升。