3种PPP模型的统一模糊度固定方法

精密单点定位(PPP)的模糊度经未校准硬件延迟小数部分(FCB)产品改正后,可恢复整周特性,能够显著缩短PPP的初始化时间。然而由于用户端模糊度固定模型需与服务端FCB产品保持一致,不仅造成了用户端面临不同FCB产品无法使用的问题,而且加重了服务端的链路传输压力。本文提出一种基于用户端3种PPP模型(消电离层组合、无电离层约束的非组合以及先验电离层约束的非组合模型)的统一模糊度固定方法,不同用户端可采用同一种FCB产品实现模糊度的快速固定。选取全球116个MGEX测站作为服务端生成3种FCB产品,选取未参与服务端解算的50个测站作为用户端进行验证。试验结果表明,本文方法解决了用户端面临不同FCB产品的PPP模糊度固定问题,在定位精度、收敛时间、固定率方面与传统方法保持一致。     

多GNSS系统组合PPP定位精度评估

采用MGEX网提供的GPS、GLONASS、BDS、GALILEO四系统双频观测数据,以CODE、GBM、WUM、GRG精密产品进行了静/准动态模式下多系统组合无电离层延迟PPP浮点解与整数钟法固定解实验。结果表明多系统的组合提升了定位精度,尤其是GLONASS的加入效果最明显,CODE与GBM产品的解算精度优于WUM、GRG产品。部分模糊度固定相比全模糊度固定的效果显著,模糊度固定明显缩短了PPP收敛时间,在静态模式下相对浮点解精度提升10%以内,动态模式下E方向与U方向精度提升效果最好。     

基于非差非组合PPP-RTK的大气改正模型及其性能验证

高精度的大气改正是加快PPP-RTK收敛的重要前提。本文以区域跟踪网台站数据为基础,基于非差非组合PPP提取斜路径电离层和天顶对流层延迟,作为PPP-RTK大气建模的数据源。电离层延迟采用基于斜路径星间单差的改正模型,对流层采用非差天顶对流层模型,设计了相关的服务端和用户端软件系统。在系统设计上,通过服务端提取数据构建大气模型并播发,用户端接收参数并用于实时PPP-RTK定位。对上海区域进行服务端和用户端的试验,服务端计算的参数表明：GPS、GALILEO、BDS系统的电离层、对流层模型内符合精度为6~7 mm。用户端的646组PPP-RTK伪动态试验表明：水平方向30 s内收敛的占比为89.16%、1 min内收敛的占比为91.80%、2 min内收敛的占比为95.98%;三维方向收敛结果中,上述收敛时间尺度分别占总数的86.22%、88.70%和93.34%。附加大气约束后,模糊度固定率为95.59%,收敛后水平方向和三维方向定位RMSE分别为2.35和4.63 cm。实时动态试验表明,PPP首次固定时间为36 s,水平和三维定位精度分别达到了1.13和3.21 cm。     

非差FCB估计及其在PPP模糊度固定中的应用

模糊度固定能够显著提高精密单点定位(PPP)的精度和收敛速度,是国内外卫星导航定位领域的研究热点．本文通过最小二乘法分离接收机端和卫星端小数周偏差(FCB),恢复非差模糊度的整数特性,将得到的卫星端FCB提供给用户,能够实现非差模糊度固定的PPP．采用全球IGS跟踪站的观测数据进行非差FCB解算,实验结果表明,宽巷FCB的稳定性较好,一周内变化小于0.1周,而窄巷FCB一天内变化较大．将获得的FCB用于模糊度固定PPP实验,E、N、U三个方向的定位精度分别为0.7 cm、0.8 cm和2.1 cm,与浮点解PPP相比,分别提高68％、51％和37％,验证了本文估计的FCB用于模糊度固定PPP的定位性能      

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。     

星间单差精密单点定位部分模糊度固定方法

针对传统的精密单点定位(PPP)技术由于收敛速度慢、获取高精度位置信息所需时间较长而无法满足用户对于快速高精度定位的需求的问题,该文采用了单差小数周偏差(FCB)产品固定模糊度的方法,以及部分模糊度固定的固定策略,来达到最优化使用固定解的PPP.通过对测站的数据的静态和仿动态实验分析验证,结果表明,进行部分模糊度固定的固定解定位精度要优于使用模糊度浮点解进行PPP得到的实数解的定位精度,收敛速度也有提升;而且相比于全模糊度固定策略,部分模糊度固定策略可以提升模糊度的历元固定率,使更多的固定模糊度的卫星可以参与定位,提升了定位的精度和收敛速度.     

非差非组合PPP的广域星间单差天顶电离层模型及其验证

高精度电离层修正是非差非组合精密单点定位(precise point positioning, PPP)加速收敛的重要前提。首先基于参考站网台站观测数据,以非差非组合精密单点定位提取的电离层延迟作为建模数据源,提出一种基于多项式模型的估计天顶电离层延迟参数以及卫星硬件延迟的单差电离层模型。然后开发了服务端和用户端相应软件系统,服务端提取电离层延迟和进行单差建模,并将模型参数播发给用户端作为电离层约束进行非差非组合精密单点定位。最后在欧洲地区通过PPP提取电离层进行拟合实验,结果表明,广域地区GPS和俄罗斯GLONASS(global navigation satellite system)单系统电离层模型内外符合精度分别为1 TECu(total electron content unit)和3 TECu。采用电离层约束的非差非组合动态精密单点定位,统计136个1 h时段的定位结果,发现在附加电离层约束PPP实验中,78个时段(57.35%)收敛时间在5 min内,97个时段(71.32%)在10 min内,122个时段(89.7%)在15 min内,132个时段(97.06%)在25 min内;在无约束PPP实验中,上述收敛时间内结果分别为15个(11.03%)、64个(47.06%)、91个(66.91%)、110个(80.88%)。     

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。     

北斗小数周偏差时变特性分析及应用

小数周偏差可用于精密单点定位的模糊度固定,其时变特性对于FCB的播发间隔、数据总量有着重要影响。当前北斗应用进入成熟期,对北斗FCB时变特性及其变化进行研究,有利于推广北斗PPP模糊度固定应用。本文基于单差FCB的生成方法,对2017年和2019年的北斗FCB时变特性展开研究,并改进了IGSO卫星窄巷FCB的播发间隔,通过已知测站固定解PPP解算,验证了改进后的北斗FCB产品。试验表明：2019年北斗FCB的稳定性相比2017年大幅提高;IGSO卫星可每天播发一组窄巷FCB,相比原有播发间隔减小73.4%的数据总量;改进后FCB可有效应用于北斗固定解PPP,收敛速度相比浮点解提升43.1%。     

BDS-3新频点PPP模糊度固定研究

针对BDS-3新频点在精密单点定位解算中的模糊度固定问题，该文采用绝对信号偏差(OSB)改正的方法，对B2a频点在精密单点定位方面的性能进行了研究。首先通过与整数钟差法进行对比实验，验证OSB改正法在模糊度固定方面的可靠性，之后采用该方法对B2a频点构建的双频无电离层组合进行精密单点定位-模糊度固定(PPP-AR)实验，与B1I/B3I的PPP-AR结果进行比较，评估定位精度。结果表明，OSB改正原始观测值的模糊度固定方法有较好的可靠性，收敛速度提升20%,模糊度固定成功率在90%以上；新频点B2a的精密单点定位性能较好，收敛速度和定位精度与B1I、B3I频点相当，采用B2a频点得到的双频无电离层组合在PPP-AR解算时能完成模糊度的快速固定，收敛时间在25 min以内，收敛后误差小于2 cm, B2a频点可用于PPP-AR解算。     

CDMA+FDMA非差非组合区域PPP-RTKEI北大核心CSCD

为顺应多频多模发展趋势,PPP-RTK技术正逐步由传统的消电离层组合数据处理模式发展为非差非组合模式。现有非差非组合PPP-RTK研究多针对码分多址(CDMA)系统,而频分多址(FDMA)PPP-RTK受频率间偏差的影响难以实现。本文针对区域参考网,提出了一种CDMA+FDMA多系统非差非组合PPP-RTK模型,该模型能灵活处理多频多模两类信号体制的数据。为了实现FDMA PPP-RTK,本文利用整数可估理论保证了模糊度固定的严密性,该FDMA PPP-RTK模型适用于同款接收机的参考网。本文采集了香港地区连续运行参考网的GPS、BDS、Galileo、GLONASS数据进行试验,数据采样率为30 s。服务端结果表明,由于各产品之间高度相关,对组合产品进行精度评估是有必要的。组合卫星钟差、卫星相位偏差和电离层产品后,精度达到毫米级,满足用户精密改正的要求。用户端仿动态定位结果表明,GPS、BDS和Galileo单系统PPP-RTK分别在5、1和3 min实现了模糊度首次固定,定位误差收敛至厘米级。GLONASS组合GPS实现了首历元模糊度固定,定位精度比GPS单系统提升了9%、12%、14%(东、北、天3个方向)。BDS组合GPS同样能实现首历元模糊度固定,定位精度比GPS单系统提升了29%、22%、18%,额外加入Galileo观测值,定位精度进一步提升了12%、8%、16%。再加入GLONASS观测值,定位精度仍有小幅提升(4%、3%、8%)。     

Galileo校正卫星天线参数特性及对PPP定位的影响

与先期采用消电离层组合仅估计相位中心偏差(phase center offset, PCO)参数不同,欧洲的伽利略（Galileo）系统发布的地面校正的卫星天线参数基于原始频点,且包含天线相位中心变化(phase center variation, PCV)参数。为此,分析了校正的卫星天线参数特性,发现其水平向PCO与卫星类型相关,FOC(full operational capability)卫星的PCV参数较IOV(in-orbit validation)卫星稳定,仅依赖天底角。利用20个MGEX (multi-GNSS experiment)测站连续15 d的数据分析校正天线参数对双频组合/ 非组合精密单点定位（precise point positioning, PPP）的影响, 并与消电离层天线参数的定位结果比较,结果表明,其水平方向精度基本一致,双频组合PPP高程方向的精度提高约6.3%,双频非组合高程方向的精度提高约11.9%,基于原始频点的校正天线参数在双频非组合PPP定位中表现出更优的自洽性。     

卫星钟差解算及其星间单差模糊度固定

整数相位模糊度解算可以显著提高GNSS精密单点定位（PPP）的精度。本文提出一种解算卫星钟差的方法,通过固定星间单差模糊度恢复出能够支持单台接收机进行整数模糊度解算的卫星钟差,即所谓的“整数”钟差。为了实现星间单差模糊度固定,分别通过卫星端宽巷FCB解算和模糊度基准的选择与固定恢复出宽巷和窄巷模糊度的整数性质。为了证明本文方法的可行性,采用IGS测站的GPS数据进行卫星钟差解算试验。结果表明,在解算钟差时,星间单差模糊度固定的平均成功率为73%。得到的卫星钟差与IGS最终钟差产品相比,平均的RMS和STD分别为0.170和0.012 ns。448个IGS测站的星间单差宽巷和窄巷模糊度小数部分的分布表明本文得到的卫星钟差和FCB产品具备支持PPP用户进行模糊度固定的能力。基于以上产品开展了模拟动态PPP定位试验,结果表明模糊度固定之后,N、E、U和3D的定位精度（RMS）分别达到0.009、0.010、0.023和0.027 m,与不固定模糊度或采用IGS钟差的结果相比,分别提高了30.8%、61.5%、23.3%和37.2%。     

Galileo双频/三频精密单点定位性能分析

基于目前Galileo卫星发射的多频导航信号,采用MGEX 2037周的数据从定位精度和收敛时间方面系统比较分析了Galileo双频无电离层组合、双频非差非组合和三频非差非组合PPP的定位性能。实验结果表明,对大多数测站,三频PPP静态单日解定位偏差水平方向优于1 cm,高程方向优于2 cm;动态定位偏差水平方向优于5 cm,高程方向上优于10 cm。相比于双频非组合PPP模型和双频消电离层PPP模型,三频非组合模型静态单日解定位偏差分别提高17.8%和19.6%;动态单日定位偏差提高了9.6%和34.0%,但收敛时间提高幅度不明显。     

GNSS非差非组合精密单点定位的理论方法与应用研究

由美国GPS,俄罗斯Glonass,欧盟Galileo和中国“北斗”联合组成的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)现已广泛地服务于地球和空间科学领域。最优地融合各类GNSS的观测数据,以快速、准确地估计位置、速度、时间、大气等参数是当前和未来阶段的研究热点。为实现此目的,本文对精密单点定位（Precise Point Positioning, PPP）技术实施了一系列的改进,完善了其模型算法,弥补了其技术缺陷,拓展了其应用范围。本文的研究主线安排如下：完善标准PPP的模型和算法。自被提出至今,PPP技术较多地采用“消电离层组合”的非差伪距和相位作为基本观测量。在观测域消除电离层将放大多路径效应,且不便于约束电离层延迟的时空变化。为此,本文提出基于GNSS原始观测值的“非组合”PPP概念,以克服上述不足。其中,电离层延迟被作为一类待估参数,其短期变化被合理地模型化为随机游走过程。同时,顾及了卫星姿态异常对改正两类系统误差（即相位绕转和卫星相位中心偏差）的影响。与标准PPP相比,非组合PPP的收敛时间较短（特别是高采样率观测数据）,参数解可靠性更高。特别地,非组合PPP能提供准确的电离层信息,可作为利用GNSS研究电离层的一种新手段。丰富参考网的数据处理理论。与实时动态相对定位（RTK）相比,标准和非组合PPP存在一个共同的缺陷：无法实现整周模糊度固定,导致收敛时间过长。其根本原因在于,PPP的模糊度参数中吸收了卫星相位偏差,因此不再具备整周特性。为此,先后有研究提出利用全球或区域GNSS参考网估计卫星相位偏差,以用作PPP的额外改正信息。本文将现有参考网数据处理方法归纳为3类,推导了它们的模型等价性,并概括了它们的实施差异。特别地,本文详细地分析了3类方法的典型不足,如侧重于处理双频观测值,无法有效地提供电离层改正等,由此掣肘了它们在未来多频、多模观测条件下的适用性,同时也难以实现单频PPP模糊度固定。本文提出一种直接处理非差、非组合GNSS观测值的参考网函数模型,即非组合模型。为确保参数的可估性,采用S基理论识别了设计矩阵的列秩亏,以便于将部分参数定义为S基准,同时确保：1. 可估的（接收机和卫星）伪距和相位偏差仍均具备时不变特性;2. 可估的模糊度仍保留整周特性,互相独立且数量最多。在滤波实施中,当相邻历元所定义的S基准发生改变时,为确保滤波连续,还需要采用S转换对上一历元的滤波值实施等价变换。非组合模型具备处理不同范围（全球、广域和局域）参考网数据的能力。针对某类参考网,还可以灵活地处理单频、双频和多频数据。基于某局域网的双频GPS数据,本文利用非组合模型估计了卫星钟差、卫星相位偏差和电离层延迟,并重点考察了卫星相位偏差的稳定性和电离层延迟的内插效果。进而,分别验证了单频和双频PPP模糊度固定的效率和静、动态定位精度。此外,采用非组合模型分析若干零/短基线的双频GPS数据,估计了两台接收机的相对仪器偏差,并发现了其中较为显著的短期变化趋势,进而否定了有关接收机仪器偏差在1-3天内不随时间变化的一般性认知。概括而言,本文对PPP算法的研究紧扣未来多频、多模的应用需求,并确保能提供高精度的单频服务。从改善单测站PPP性能的角度出发,引申出一种更为实用的参考网数据处理模型,最终促进了单测站PPP模型算法的完善和应用范围的扩展。     

无电离层组合的三频GNSS精密单点定位模型及评估

针对多频的加入会带来诸如频间偏差、频间钟差偏差等问题,该文基于原始观测方程推导出适用于卫星播发频率不一致的三频无电离层(IF)两两组合模型,在原始全球导航卫星系统(GNSS)观测方程的基础上推导了一种适用于多系统的三频无电离层组合精密单点定位(PPP)模型,顾及了对差分码偏差、频间偏差等误差项的处理,并通过静态测站和动态车载试验数据评估了三频无电离层组合PPP模型的定位性能。结果表明：静态环境下,第三频的加入能使单全球定位系统(GPS)在17.9 min完成收敛后达到0.96、0.57、1.30 cm的定位精度,收敛时间提升了24.5%,平面精度提升了11.9%和10.9%,但对天顶方向的精度没有提升;而对于多系统组合,第三频的加入对收敛时间和定位精度均有明显的提升。GPS/Galileo/BDS组合PPP精度能达到0.73、0.49、1.21 cm,提升了25.5%、19.7%、24.4%;收敛时间为10.70 min,提升了34.2%。动态环境下,采用三频观测值的E+C方案的PPP精度可以达到0.29、0.09、0.23 m,提升了23.7%、35.7%、54.9%;G+E+C方案...     

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%。     

GNSS非组合PPP部分模糊度固定方法与结果分析

在精密单点定位(precise point positioning,PPP)技术中,模糊度固定错误将导致严重的定位偏差,为保证PPP模糊度实现更可靠的固定,需对模糊度子集的选取方式进行优化。提出了一种将质量控制与施密特正交化相结合的PPP部分模糊度固定方法。在全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）多系统融合条件下, 选取多模GNSS实验数据,在非差非组合PPP模型中对比分析施密特正交化方法与高度角选星方法,并进行模糊度固定及定位性能验证。结果表明,施密特正交化方法相比高度角选星方法,各天与各站平均历元固定率在静态模式下分别提高了7.74%与11.46%,在仿动态模式下分别提高了7.90%与7.78%;各天与各站的首次固定时间在静态模式下分别提高了22.30%与25.42%,在仿动态模式下分别提高了20.44%与19.65%。在PPP模糊度固定和定位精度方面,多系统融合相比单BDS(BeiDou navigation satellite system)提升效果明显,在95%分位数条件下,水平和高程方向收敛时间分别平均减少20.00 min和19.00 min,水平和高程方向定位精度分别平均改善了1.50 cm和1.12 cm。在非差非组合PPP模型中,采用施密特正交化PPP部分模糊度固定方法可以显著提升模糊度固定性能,改善定位精度。     

BDS三频PPP时间传递精度分析

针对BDS三频PPP时间传递精度及其在国际时间比对中应用的可行性问题,基于无电离层影响、几何距离不变以及最小噪声原则构建三频消电离层组合PPP模型。选取2个MGEX测站2019年第14天至第20天共7 d的观测数据,采用WUM精密卫星轨道和钟差,进行BDS三频PPP时间传递实验。研究表明:BDS三频较双频消电离层组合观测值具有更小的观测噪声;以IGS钟差产品时间传递结果为参考,BDS三频和双频PPP时间传递精度分别为0.61 ns和0.75 ns,三频较双频PPP时间传递精度提高了18.67%。研究成果验证了BDS三频PPP在时间传递中的可行性和优势,为推动BDS时间传递应用提供了参考。     

GPS/GLONASS精密单点定位加速收敛方法研究

精密单点定位(PPP)在获得稳态浮点模糊度时需要较长的收敛时间,为此,在采用GPS/GLONASS组合PPP缓解卫星几何变化缓慢造成的收敛时间过长基础上,采用将多路径组合修正值应用到PPP模型中和构建基于多路径修正值加权的随机模型两种方法来减少伪距中的多路径效应和观测噪声影响,以提高浮点模糊估计的准确性,进而提高PPP收敛速度和收敛稳定性。利用全球108个IGS测站的7天数据进行试验,结果表明,组合PPP可以在各系统伪距等权重情况下将收敛时间缩短32%,而基于TEQC多路径组合修正值加权的随机模型可以将收敛周期缩短25%。