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。     

估计对流层延迟的单频RTK卡尔曼滤波算法

提出一种对流层估计方法实现单频RTK快速动态定位。用模型改正对流层干延迟,双差对流层湿延迟用测站对流层天顶延迟估计,并与流动站位置及站间单差模糊度组成双差方程进行卡尔曼滤波,得到单差模糊度浮点解及方差阵,通过星间求差得到双差模糊度浮点解及方差阵,结合MLAMBDA方法实时确定模糊度。试验验证单历元平面定位精度优于±3 cm,高程定位精度优于±10 cm。     

附加对流层约束的大高差区域短时GNSS网解及其性能EI北大核心CSCD

大落差高山区域GNSS监测严重受制于对流层延迟影响,导致定位精度降低。本文提出附加地面点对流层延迟先验信息约束方法,实现短时同步双差观测高精度解算。该方法能充分利用远距离地面站网的增强信息,显著减少高山区域监测的观测时长,增大站间距离,降低山区测量任务的作业成本。本文从观测时长、基线距离时空特性及基站数量3方面进行适用性试验验证,试验结果表明,以地面站点长期GNSS观测获得的高精度对流层延迟作为约束,可有效削弱大落差引起的残余对流层延迟的影响,提高整周模糊度固定率,实现山顶监测点的快速高精度定位和对流层延迟参数估计;与非约束法相比,对流层先验约束后各坐标分量精度均有所提高,高程方向精度提高明显。     

网络RTK模糊度解算与误差项提取方法研究

提出了一种基于非组合模型的网络RTK参考站间模糊度解算和误差项提取方法。采用模型削弱对流层延迟影响,组成双差观测方程,利用Kalman滤波估计模糊度和电离层参数,固定模糊度后,进一步计算对流层参数。实测数据验证结果表明,该方法固定的双差模糊度是准确、可靠的。     

卡尔曼滤波的中长基线非差RTK算法

针对实时动态定位(RTK)中作业范围受到大气延迟误差制约的现象,该文提出了一种基于卡尔曼滤波的非差观测模型RTK算法和非差改正数的计算方法。利用扩展卡尔曼滤波函数模型,将残余的相对对流层延迟、相对电离层延迟同流动站位置参数以及单差整周模糊度作为状态向量进行卡尔曼滤波估计。非差观测模型利用参考站的非差误差改正数以单颗卫星为对象进行误差改正,流动站接收数据小,算法简单。通过GNSS实测数据对该算法进行了算法验证和结果分析,实验结果表明,对于中长基线,利用非差观测模型可实现GNSS单参考站RTK定位,并获得厘米级的定位精度。     

附加GGOS对流层产品约束的PPP-AR模型及精度分析

针对因估计对流层延迟导致固定模糊度的精密单点定位(PPP-AR)收敛时间长的问题，该文基于全球大地测量观测系统(GGOS)格网产品，利用双线性二次内插的方法构建了顾及高程补偿的对流层延迟虚拟观测值，提出了一种顾及高程补偿附加对流层约束的PPP-AR方法。将其与传统估计对流层延迟值的PPP-AR及附加国际GNSS服务(IGS)对流层产品约束的PPP-AR进行对比，分别从定位精度、收敛时间和模糊度固定率3个方面进行了分析。结果表明：与传统估计对流层延迟相比，该文提出的方法在U方向定位精度提升明显，平均可提升2.94 cm,提升11.2%;收敛时间平均缩短14.5%;模糊度固定率平均提升1.9%。     

长距离网络RTK实时厘米级定位算法

针对CORS系统建设成本高和选址困难的问题,该文提出GPS长距离网络RTK定位算法。该算法首先利用MW组合观测方程解算基准站双差宽巷整周模糊度,采用Saastamoinen模型和GMF映射函数模型相结合解算双差对流层干分量延迟残差,并将双差对流层湿分量延迟残差作为未知参数进行估计,同时结合无电离层组合观测值解算基准站双差载波整周模糊度;然后,采用综合误差内插法解算基准站和流动站的误差改正数;最后,采用最小二乘法逐历元进行法方程叠加解算流动站双差模糊度浮点解,并利用LAMBDA算法和通过TIKHONOV正则化改进的LAMBDA算法搜索固定流动站双差宽巷整周模糊度和双差载波整周模糊度。实验表明,该算法能够将基准站间距离提高到100~150km,使流动站用户可以获得厘米级定位结果。     

一种网络RTK对流层斜延迟的估计方法

针对网络RTK数据处理方法中,卫星高度角较低时湿分量映射函数误差较大所引起的问题,提出了一种直接估计斜方向对流层湿延迟的网络RTK数据处理方法,并通过试验对该方法的效果进行分析.在该方法中,斜方向湿延迟直接作为参数进行估计,通过增加虚拟观测引入不同卫星湿延迟参数间的相关性,通过建立适当的状态转移模型引入同一卫星湿延迟参数历元间的相关性.实验结果表明,该方法能精确估计对流层湿延迟,降低了对流层延迟对模糊度估计的影响,提高了网络RTK数据处理的质量.     

利用参考站增强信息进行精密单点定位

提出一种基于参考站增强信息的精密单点定位（Precise Point Positioning,PPP)新算法。与其它方法的不同在于采用星间历元间差分技术,消除了模糊度和接收机钟差,避免模糊度参数的收敛或固定。应用基于参考站的增强信息 ,以减弱残余对流层延迟和潜在偏差对定位结果的影响。与传统PPP处理方法相比较,提出的新方法可以改善位置参数的收敛速度,定位精度也有一定程度的提高。     

顾及星端多径改正的北斗观测网精密相对定位

给出了顾及星端多径(SIMP)改正的BDS精密相对定位非差观测模型,利用中国大陆构造环境监测网络多GNSS测站的BDS数据,采用网解的模式进行相对定位实验。结果表明,在SIMP改正之后,固定非GEO卫星之间的双差模糊度可显著提高定位精度。在N、E、U方向的7 d重复精度可分别达到3.0、3.3和10.2 mm;与不固定模糊度的结果相比分别提高了18.2%、30.8%和16.7%。特别注意到,在固定了宽巷模糊度之后,涉及GEO卫星的窄巷双差模糊度不具有整数特性。对这些双差模糊度进行固定将使定位精度显著降低。     

基准站观测数据加密方法及其在差分GNSS后处理中的应用

当基准站采样率低于流动站时,不能用常规差分全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）后处理方法得到流动站所有历元坐标。针对此问题,给出了基于精密单点定位（precise point positioning,PPP）模型构造基准站非采样点上虚拟观测值的方法。该方法将接收机钟差、对流层天顶湿延迟从观测值误差中分离出来,同消电离层模糊度一起进行估计,利用基准站真实坐标获得卫地距,在此基础上计算相邻两个观测历元的残差进而拟合历元间非采样点残差,与卫地距、各项估计误差一起生成虚拟观测值。该方法保持了虚拟观测值的误差特性,尤其是基准站与流动站间的共性误差。该方法仅加密基准站数据,对流动站没有影响。算例结果表明,基准站在采样间隔30 s范围内,使用该方法加密的虚拟观测值与真实值有较好的一致性,采样间隔分别为30 s、15 s、5 s的虚拟测码伪距和载波相位观测值偏差的标准中误差分别在0.2 m和1.2周左右、0.1 m和0.7周左右、0.05 m和0.2周左右;在30 s采样间隔情况下,按照该方法处理后仍能满足厘米级定位精度的要求。     

同时估计电离层延迟的单频精密单点定位方法

提出一种基于单频码和相位观测量的单频精密单点定位方法,将每个观测量的电离层延迟量与接收机钟差、对流层天顶延迟、接收机位置、相位模糊度一起作为未知参数。采用约化参数的平方根信息滤波与平滑算法进行参数解算。该方法适用于实时定位和事后处理,且不需要外部的电离层模型。采用全球分布的32个IGS监测站16 d实测数据进行静态解算试验,结果表明E、N、U方向的RMS分别为0.023 m、0.018 m、0.059 m;基于一组机载GPS数据进行动态解算试验,得到E、N、U方向的RMS(与载波相位动态相对定位结果比较)分别为0.168 m、0.151 m、0.172 m。     

PPP网解UPD模糊度固定的无基站差分大型CORS站整网快速精密解算

本文利用“国家基准一期工程”和上千全国部分省市CORS站的GNSS观测资料,基于PPP网解UPD模糊度固定技术实现了区域内无基站差分毫米级定位以及上千全国CORS站整网一次快速精密解算,这对于保障国家应急测绘快速响应、实现灾区基准快速建立以及快速获取和恢复国家统一坐标框架基准站坐标等具有重要的实用价值意义。首先,选取2015年8月1—31日198个国家GNSS连续运行基准站计算卫星端的宽巷、窄巷UPD,采用PPP网解UPD模糊度固定技术,对这些GNSS测站的载波相位进行模糊度固定:宽巷模糊度31 d固定率平均值在80%以上的测站共有193个;窄巷模糊度31 d固定率平均值在60%以上的测站共有165个。其次,对PPP整网一次快速解算定位结果进行统计分析,结果表明:31 d整网解算在NEU 3个方向的RMS分别为2.8、3.9、5.3 mm;标准差分别为2.1、3.2、6.7 mm。再者,使用中国区域内5个IGS观测站进行无基站差分精密定位,与SOPAC单天解ITRF2008框架下历元坐标的对比分析表明,31 d单日解外符合精度水平及高程方向均相差在毫米量级。最后,利用上述GNSS基准站解算出来的卫星端的宽、窄巷UPD(31 d),依次对2015年8月1—31日全国及部分省市1195个CORS站观测数据进行载波相位模糊度固定,得到无模糊度的精确相位观测值,从而使法方程中待估模糊度参数减少,克服了基准站网规模和测站个数的限制,实现了上千CORS站整网一次快速解算,对31 d月平均解与国际知名软件GAMIT/GLOBK的双差月解结果(2015年国家基础测绘任务成果)进行比较,结果显示,NEU 3个方向上差异在1 cm以内的测站分别为99.92%、99.33%、79.83%,其中U方向相差在1.5 cm为93.22%。综上所述,PPP网解UPD模糊度固定技术的方法,确保了区域内无基站精密定位、大网快速解算的精度和效率,能够满足灾区及国家坐标框架基准站坐标快速解算与恢复的迫切需求。     

一种北斗非差非组合长距离基准站模糊度解算方法

为了充分利用各频率观测值信息,提出了一种非差非组合的北斗卫星导航系统长距离基准站间整周模糊度解算方法。首先,直接利用不同频率的观测值建立误差观测方程,并采用随机游走策略估计相对天顶对流层湿延迟误差和电离层延迟误差,增加历元间的约束;然后,采用一种非差整周模糊度实时线性计算方法,依次得到基准站网当前历元所有卫星的非差整周模糊度,解决了在基准星变换时,模糊度需要承接或者重新进行法方程叠加的问题;最后,使用实测数据进行方法验证,结果表明,各基准站模糊度平均固定速度为20个历元（采样间隔1 s）,可快速实现基准站载波相位整周模糊度解算。由于所提方法充分利用了各频率观测值信息,避免了线性组合放大噪声对整周模糊度固定的影响,其模糊度固定成功率与无电离层组合法相比有较大的提高。     

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。     

Impact of tropospheric modelling on GNSS vertical precision: an empirical analysis based on a local active network

The troposphere affects Global Navigation Satellite System (GNSS) signals due to the variability of the refractive index. Tropospheric delay is a function of the satellite elevation angle and the altitude of the GNSS receiver and depends on the atmospheric parameters. If the residual tropospheric delay is not modelled carefully a bias error will occur in the vertical component. In order to analyse the precise altimetric positioning based on a local active network, four scenarios in Southern Spain with different topographical, environmental, and meteorological conditions are presented, considering both favourable and non-favourable conditions. The use of surface meteorological observations allows us to take into account the tropospheric conditions instead of a standard atmosphere, but introduces a residual tropospheric bias which reduces the accuracy of precise GNSS positioning. Thus, with short observation times it is recommended not to estimate troposphere parameters, but to use an a priori model together with the standard atmosphere. The results confirm that it is possible to achieve centimetre-scale vertical accuracy and precision with real time kinematic positioning even with large elevation differences with respect to the nearest reference stations. These numerical results may be taken into consideration for improving the altimetric configuration of the local active network.     

A reference station-based GNSS computing mode to support unified precise point positioning and real-time kinematic services

Currently, the GNSS computing modes are of two classes: network-based data processing and user receiver-based processing. A GNSS reference receiver station essentially contributes raw measurement data in either the RINEX file format or as real-time data streams in the RTCM format. Very little computation is carried out by the reference station. The existing network-based processing modes, regardless of whether they are executed in real-time or post-processed modes, are centralised or sequential. This paper describes a distributed GNSS computing framework that incorporates three GNSS modes: reference station-based, user receiver-based and network-based data processing. Raw data streams from each GNSS reference receiver station are processed in a distributed manner, i.e., either at the station itself or at a hosting data server/processor, to generate station-based solutions, or reference receiver-specific parameters. These may include precise receiver clock, zenith tropospheric delay, differential code biases, ambiguity parameters, ionospheric delays, as well as line-of-sight information such as azimuth and elevation angles. Covariance information for estimated parameters may also be optionally provided. In such a mode the nearby precise point positioning (PPP) or real-time kinematic (RTK) users can directly use the corrections from all or some of the stations for real-time precise positioning via a data server. At the user receiver, PPP and RTK techniques are unified under the same observation models, and the distinction is how the user receiver software deals with corrections from the reference station solutions and the ambiguity estimation in the observation equations. Numerical tests demonstrate good convergence behaviour for differential code bias and ambiguity estimates derived individually with single reference stations. With station-based solutions from three reference stations within distances of 22–103 km the user receiver positioning results, with various schemes, show an accuracy improvement of the proposed station-augmented PPP and ambiguity-fixed PPP solutions with respect to the standard float PPP solutions without station augmentation and ambiguity resolutions. Overall, the proposed reference station-based GNSS computing mode can support PPP and RTK positioning services as a simpler alternative to the existing network-based RTK or regionally augmented PPP systems.     

PPP网解UPD模糊度固定技术监测尼泊尔Ms8.1级地震对中国珠峰地区及周边地震同震位移

利用UPD模糊度固定技术无需顾及基线解算基站地震所带来的影响,可以进行高精度非差PPP解算,"真实"获取地震周边地区GNSS站点高精度同震位移变化。为此,本文利用"国家基准一期工程""中国大陆构造环境监测网络"以及国家测绘地理信息局在珠峰周边所观测的GNSS观测资料,基于UPD模糊度固定技术高精度非差解算2015年4月25日尼泊尔Ms8.1级地震对我国珠峰地区及周边地震同震位移影响。首先,本文选取全国及周边IGS均匀分布、站点稳定、远离震区的GNSS连续观测网络数据计算卫星端的宽、窄巷UPD,采用PPP网解UPD模糊度固定技术,对解算地震区域内的GNSS测站的载波相位模糊度进行固定,得到无模糊度的精确相位观测值,进行高精度非差PPP解算;通过对平静日IGS测站数据处理与ITRF2008历元坐标对比分析,验证了该方法的精确性;最后,对2015年4月25日、5月12日地震以及地震前后数据,进行了UPD模糊度固定技术的非差PPP解算,分析了中国珠峰地区及周边GNSS站的同震位移;同时也分析了中国珠峰地区在2005—2015年10年的位移变化情况。UPD模糊度固定技术整网解算的方法也证实了能够为GNSS用于监测地震同震位移等,提供了一种精确、可靠的技术手段。     

GGOS对流层延迟产品精度分析及在PPP中的应用

对流层延迟是卫星导航定位的主要误差源,GNSS广域增强需要高精度的对流层延迟产品进行误差修正。对流层延迟可通过GNSS进行实时估计,也可通过融合多源数据的数值气象预报模型获取。IGS发布的全球对流层天顶延迟产品由GNSS解算,其精度可达4mm,时间分辨率为5min,但其分布不均匀,在广袤的海洋区域无数据覆盖。GGOS Atmosphere基于ECMWF 40年再分析资料,可提供1979年以来时间分辨率为6h、空间分辨率为2.5°×2°的全球天顶对流层总延迟格网数据。本文通过2015年全球IGS测站的ZTD资料对GGOS的ZTD产品进行了评估,研究了GGOS Atmosphere对流层延迟产品与IGS发布ZTD资料之间的系统差,通过线性拟合估计出每个测站GGOS-ZTD与IGSZTD系统差系数(包括比例误差a和固定误差b),然后对比例误差a、固定误差b进行球谐展开,建立了两种ZTD数据源之间的系统差模型。选取IGS测站和陆态网测站,对附加系统偏差改正后的GGOSZTD产品对PPP的收敛速度的影响进行研究。本文研究结果表明:GGOS-ZTD与IGS-ZTD间存在系统偏差,其bias平均为-0.54cm;两者之间较差的RMS平均为1.31cm,说明GGOS-ZTD产品足以满足广大GNSS导航定位用户对对流层延迟改正的需要。将改正了系统差后的GGOS-ZTD产品用于ALBH、DEAR、ISPA测站、PALM测站、ADIS测站、YNMH测站、WUHN测站进行PPP试验,发现可明显提高定位收敛速度,尤其是在U方向上,收敛速度分别提高10.58%、31.68%、15.96%、43.89%、51.46%、14.69%、18.40%。