几种附电离层约束GNSS单频PPP性能评估

针对单频精密单点定位(PPP)两种常用的定位模型:非组合模型和附加电离层约束模型,同时综合考虑电离层约束模型三种不同约束策略(常数约束,时空约束,逐步松弛),对比分析了其使用GPS单系统及GPS+BDS双系统观测值的定位收敛时间,定位精度及其优缺点. 实验结果表明:使用GPS单系统,附加不同电离层约束对单频PPP收敛时间缩短效果显著,其中逐步松弛约束平均收敛时间最短,其平均收敛时间为32.36 min,四种定位模型收敛后的定位精度基本相当. 加入北斗卫星导航系统(BDS)后,四种定位模型的收敛时间均有不同程度的缩短,其中时空约束模型缩短最为显著,收敛时间缩短为单系统的59.22%. 在定位精度方面,加入BDS观测值后水平方向定位精度可提升0.5～1.3 cm,垂直方向定位精度略有下降.      

不同函数模型的精密单点定位性能分析

针对精密单点定位常用的无电离层组合模型、非组合模型和Uofc函数模型的静态和仿动态精密单点定位定位性能问题,该文利用2015年10月27日MGEX 94个跟踪站点的静态观测数据,分别从观测残差、收敛时间和定位精度3个方面对其进行了对比分析。实验结果表明:(1)非组合的观测残差最小,内符合精度最高,收敛时间最长;(2)无电离层组合观测残差最大,内符合精度最差,收敛时间最短。3种函数模型无论是静态还是仿动态精密单点定位,都具有相当的定位精度,静态精密单点定位在水平方向的定位精度优于1cm,高程方向的偏差优于3cm;仿动态精密单点定位在水平方向的定位精度优于1.5cm,高程方向优于4cm。     

一种区域实时对流层内插模型及其在PPP中的应用

利用反距离加权内插法,对基准站解算的天顶对流层延迟（ZTD）建立了区域实时ZTD模型,评估了该模型内插流动站对流层延迟对PPP定位精度和收敛时间的影响。试验表明：与传统ZTD采用参数估计的处理方法对比,二者解算得到的PPP精度在水平方向上效果相当,但在垂直方向上,模型内插对流层解算的定位精度提高约为5 cm,且能显著提高PPP收敛速度。说明应用本方法建立非气象参数的区域天顶对流层延迟模型能有效加快PPP的收敛速度,且提高定位精度。     

GPS/Galileo精密单点定位模糊度解算与实验分析

针对提高多频模糊度固定解的GNSS精密单点定位的可靠性与稳定性的问题,该文基于实时非组合相位偏差产品,对三频非差非组合GPS/Galileo PPP的浮点解、固定解模型进行深入研究,并设计了3种定位策略,选取了17个MGEX跟踪站7d的实测数据,分析了三频非差模糊度固定解对静态、仿动态PPP定位精度与滤波收敛时间的影响。结果表明,滤波收敛后,与浮点解策略相比较,固定三频模糊度对高程、水平方向定位精度均有提高,在静态定位模式中提升幅度分别约为20.45%和37.50%,在仿动态定位模式中提升幅度分别约为22.41%和33.33%。在滤波收敛时间方面,相较于浮点解策略的收敛时间,静态与仿动态定位中模糊度固定策略的收敛时间分别提升了约12.57%和6.41%。     

静态精密单点定位的精度和收敛性分析

精密单点定位(PPP)是当前GPS界研究的热点之一。为讨论其精度及收敛性,应用TriP软件处理分析5 min、30 min、2 h、24 h不同时段长度的单站GPS观测值。结果表明,随着观测时间的增加,定位精度不断提高,30 min内即可稳定在厘米级,最终实现毫米级精密定位。与此同时定位结果不断收敛,且收敛速度由快变慢,前15 min收敛较快,此后随观测时间的增加收敛速度逐步变慢且逐渐趋于缓和。     

BDS-3三频精密单点定位精度分析

我国北斗卫星导航系统(BDS)处于最后阶段BDS-3的建设之中,其定位精度一直是国内外研究的热点．本文基于IGS连续跟踪站实测数据,阐述了BDS三频精密单点定位模型,初步对比分析了BDS-2与BDS-3的观测数据质量以及精密单点定位精度．经研究发现,BDS-3数据质量良好,相比BDS-2有所提高,单独利用BDS-3卫星进行精密单点定位精度相比于BDS-2略差,收敛时间也略慢,二者结合下的精密单点定位精度与收敛时间相比单独定位有很大的提升．      

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。     

Galileo/GPS精密单点定位收敛时间与定位精度的比较与分析

研究了Galileo PPP参数估计及其误差处理方法,并采用MGEX 1924和1925周的数据进行了试验分析。结果表明,Galileo系统的平均可见卫星数不到GPS的一半。卫星数为4颗左右时,定位收敛通常需要180个历元,而达到6颗时仅需要66个历元。可见卫星数的增加显著提升了Galileo的收敛速度,随着卫星数的进一步增多将会达到与GPS收敛速度相当的水平。Galileo的3 h静态PPP收敛后的定位偏差约是GPS PPP的2.5倍,达到4.75 cm。随观测时间的增加定位精度提升显著,其6、12、24 h的定位精度分别能达到2.38、1.51和1.26 cm;其中12和24 h的定位精度比GPS略低约0.40 cm,但二者水平方向的精度优于1 cm,高程方向的偏差比1 cm稍大。     

多GNSS精密单点定位性能分析

在实现BDS/GPS/GLONASS组合精密单点定位的基础上,模拟多种遮挡环境;利用3个MGEX测站的数据进行三系统组合PPP试验;并在可见卫星数、PDOP值、定位精度、收敛时间和定位可用性等方面与GPS单系统PPP进行了比较分析。结果表明:在亚太地区,相比于GPS单系统PPP,三系统组合PPP可见卫星数增加了2~3倍,PDOP值显著减小。动态试验中,在无遮挡环境下,三系统组合PPP相较于GPS PPP收敛时间更短,且收敛后定位精度更高;在遮挡环境下,GPS PPP性能急剧下降,三系统组合PPP较好的保证了定位精度,提高了系统定位可用性。     

GPS/GLONASS组合精密单点定位性能分析

本文利用IGS 5个站的观测数据分7个时段进行了GPS/GLONASS组合精密单点定位计算,与单独GPS精密单点定位的结果在精度和收敛时间方面进行了性能比较。结果表明,在当前GPS卫星数量充足的情况下,增加少量的GLONASS卫星对定位精度的提高帮助不大,但能显著改善滤波收敛的时间。     

不同对流层改正方法对 PPP 定位效果影响的对比分析

对流层延迟是影响精密单点定位效果的一项重要误差源,不同的对流层改正方法直接影响PPP的定位结果。对比分析采用UNB3模型、Saastamoinen模型、ZTD参数估计3种方法对PPP定位精度和收敛时间的影响。实验结果表明:3种模型平面改正精度和收敛时间基本一致。天顶方向改正精度UNB3模型与ZTD参数估计法基本相当,但两者优于Saastamoinen模型;收敛速度UNB3模型与Saastamoinen模型基本一致,ZTD参数估计法收敛速度较慢。     

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%。     

融合对流层模型及其在精密单点定位中的应用

受实测气象参数的限制，使用标准大气参数的传统对流层模型的精度并不高；使用参数估计法的精密对流层模型增加了观测方程的待估参数，影响收敛速度. 针对实测气象参数缺失的情况，提出一种融合对流层模型，使用两种非实测气象参数模型分别计算出平均海平面处和测站处的气象参数，再利用Saastamoinen模型经验公式求解天顶对流层延迟（ZTD）. 利用RTKLIB软件进行精密单点定位（PPP）实验. 提出的融合对流层模型摆脱了实测气象参数的限制，解算结果表明:使用该模型时，在东、北、天方向的定位精度分别比Saastamoinen模型提高16 mm、1 mm、2.2 mm，比MOPS模型提高13.8 mm、0.7 mm、1.6 mm，比GPT/UNB3m+Sa模型提高2.9 mm、0.4 mm、0.7 mm，在天、北方向的定位精度接近参数估计模型，实现了PPP定位精度的提高.      

GNSS载波相位整数等变估计及其PPP性能提升算法

精密单点定位技术能够提供全球高精度定位结果,其主要技术瓶颈在于定位收敛时间长,载波相位模糊度固定技术是加快PPP收敛速度、改善定位精度的主要手段之一。模糊度固定的可靠性问题在PPP定位中尤为突出,因为模糊度浮点解质量取决于服务端产品质量、接收机噪声特性和观测环境等多种因素,所以高可靠PPP模糊度固定技术仍然充满巨大挑战。为了保障PPP定位的可靠性,本文将最优整数等变估计(best integer equivariant,BIE)引入PPP模糊度估计过程中。BIE法利用GNSS模糊度整数解加权融合以获得最优的浮点模糊度估计值,可有效降低模糊度错误固定风险,同时又利用了模糊度整数解信息来提升模糊度估值精度,从而提升PPP定位精度,缩短模糊度收敛时间。本文选取了105个全球分布的MGEX测站对BIE估计PPP模糊度的性能进行验证,试验结果表明,与模糊度固定解相比,采用BIE估计PPP模糊度能够进一步改善坐标三分量(东、北、垂向)定位性能,收敛时间分别减少了37%、28%与31%,收敛后定位精度分别提高了9%、8%和3%。此外,BIE估计PPP模糊度定位结果的毛刺和阶跃现象更少。     

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.      

多系统卫星融合定位数据的稳定性和精度比较分析

论述GNSS多系统融合定位的数学模型、分析各项误差处理策略以及参数估计方法,基于日本东京海洋大学RTKLIB软件进行GPS、GLONASS、Galileo、BDS多系统融合定位试验,并分析其动/静态定位稳定性和精度。试验结果表明:GNSS多系统融合收敛时间与GPS单系统相比缩短30%~50%,定位精度与GPS单系统相比可以提高20%~50%。此外,在卫星高度截止角大于40°和不利观测环境条件下,单系统可见卫星数不足,从而导致无法进行连续定位,但多系统融合可视卫星可获得比较好的定位精度,在建筑物密集区、山区和卫星遮挡较为严重的恶劣条件下具有实际应用价值。     

基于钟差解耦的GNSS精密单点定位模糊度固定模型及效果分析

精密单点定位模糊度固定可以显著提升定位精度,钟差解耦模型作为一种重要的模糊度固定模型,却鲜有文献对其进行研究。本文首先给出了基于钟差解耦模型的用于模糊度固定的产品估计策略,分析了传统的消电离层模型和钟差解耦模型钟差重构形式的差异,导出了提取卫星码偏差的钟差估计模型。然后,深入研究了钟差解耦模型在钟差估计收敛速度等方面的优势。不同于其他模型将宽巷模糊度偏差视为天内常数,钟差解耦模型逐历元估计该偏差项,基于此展开对宽巷模糊度偏差天内时变特性的研究。最后,评价了解耦钟差的精度,并利用解耦钟差产品进行精密单点定位模糊度固定试验。结果表明,相比于提取卫星码偏差的卫星钟差估计模型,钟差解耦模型在钟差估计中的收敛速度更快,钟差产品更加稳定;宽巷模糊度偏差在天内较为稳定;解耦钟差产品具有较高的精度,相比于传统消电离层组合模型,基于该产品的精密单点定位模糊度固定可显著提升定位精度。     

澳大利亚地区GPS/BDS实时精密单点定位性能分析

本文选取了均匀分布于澳大利亚的6个IGS跟踪站,用序贯最小二乘法进行参数估计,利用从MGEX下载的最终轨道和钟差产品进行GPS RT-PPP、BDS RT-PPP、GPS+BDS RT-PPP静态测站仿真实时解算,得出所有测站的定位性能数据。实验表明:在澳大利亚地区,GPS RT-PPP和GPS+BDS RT-PPP在E、N方向平均定位精度可以达到5 cm,且在20 min左右即可完成收敛,在U方向平均定位精度可达10 cm,收敛时间为25 min左右;该地区的BDS RT-PPP定位精度低于前两者,在E、N方向平均定位精度可以达到10 cm,且收敛时间约为25 min,在U方向平均定位精度20 cm,收敛时间超过30 min,达到34 min。     

基于方差分量估计的不同截止高度角下的组合单点定位

BDS/GPS/GLONASS组合系统定位时,由于系统间卫星测距精度的差异性,需要合理确定卫星间权比,Helmert方差分量估计常被用于确定不同类观测值间权比;而当观测值含有粗差时,Helmert方差分量估计定位结果容易被粗差污染或收敛失真,出现大的偏差。文中基于Helmert方差分量估计,引入等价权因子IGGIII函数,建立抗差Helmert方差分量估计权函数模型,对比分析其在低截止高度角10°、15°和20°下,在BDS/GPS/GLONASS组合系统定位中的应用及定位精度,并讨论分析在高截止高度角30°和40°下,组合系统和单系统BDS的定位精度。实验结果表明:当观测值无明显粗差时,Helmert方差分量估计和抗差分量估计的定位精度相当,略低于高度角权函数的定位结果,点位精度RMS优于2.5m;含粗差时,抗差解定位精度最高;当截止高度角为30°时,BDS单系统定位精度RMS优于5m,而组合系统RMS接近3m;为40°时,组合系统平面精度RMS优于2m,三维精度RMS优于6m,而单系统不能定位。