利用Multi-GNSS估计天顶对流层延迟

利用PPP技术估计对流层延迟,并设计实验对比分析了各单系统和多系统组合下对流层延迟的估计精度;讨论了不同对流层投影函数对对流层延迟估值的影响;最后以武汉市为例,探讨了对流层延迟与季节变化的相关性。结果表明,利用PPP估计的GPS ZTD、BDS ZTD、GLONASS ZTD、GPS/BDS ZTD、GPS/GLONASS ZTD、GPS/BDS/GLONASS ZTD精度均优于2 cm,且组合系统估计的对流层延迟明显比单系统稳定,精度明显提高;不同对流层投影函数对单系统估计影响较大,对组合系统估计影响较小;武汉市夏季对流层延迟大于冬季,但冬季对流层延迟的湿延迟变化较大,夏季对流层延迟的湿延迟变化小。     

利用GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合PPP反演大气可降水量

为进一步改善精密单点定位（PPP）探测大气可降水量（PWV）的性能，本文提出采用GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合PPP进行PWV反演的方法，并利用国内3个MGEX（multi-GNSS experiment）观测站的实测数据，对GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合PPP在大气水汽探测方面的性能进行了评估。试验结果表明：相较于GPS PPP、GPS/BDS组合PPP和GPS/GLONASS组合PPP，GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合PPP估计天顶对流层延迟（ZTD）的初始化时间分别缩短了33%、26%、20%，且能获得更高精度的ZTD估值和PWV信息，在大气水汽探测方面的性能更优。     

BDS/GPS精密单点定位收敛时间与定位精度的比较

采用武汉大学卫星导航定位技术研究中心发布的北斗精密卫星轨道和钟差,在TriP 2.0软件的基础上实现了BDS PPP定位算法,并利用大量实测数据进行了BDS/GPS静态PPP和动态PPP浮点解试验。结果表明,BDS静态PPP的收敛时间约为80min,动态PPP的收敛时间为100min;对于3h的观测数据,静态PPP收敛后定位精度优于5cm,动态PPP收敛后水平方向优于8cm,高程方向约12cm;与GPS PPP类似,东分量上定位精度较北分量稍差。当前由于BDS的全球跟踪站有限,精密轨道和钟差精度不如GPS,因此BDS PPP的收敛时间较GPS长,但收敛后可实现厘米至分米级的绝对定位。     

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%。     

GPS/BDS接收机端系统偏差稳定性对整周模糊度固定的影响

GNSS接收机端的UPD与接收到的信号频率有关,这导致GPS和BDS系统间的双差模糊度不具有整数特性,为了恢复其整数特性,两系统间的系统偏差需要进行估计或改正。在顾及GPS和BDS之间的时间系统、坐标系统和频率间偏差的基础上,推导出GPS/BDS系统偏差计算模型,并利用不同实验对系统偏差的稳定性进行验证。实验结果表明,不同品牌接收机在GPS/BDS系统偏差方面在一定条件下均具有稳定性;天线类型和天线连接线长度没有对GPS/BDS系统偏差产生显著影响。加入系统偏差改正的GPS/BDS紧组合定位在恶劣环境下表现良好,可将模糊度固定平均所需时间缩短33%,模糊度固定成功率提高31%。     

BDS/Galileo对多系统精密单点定位贡献分析

使用10个MGEX测站的数据对4种解算模式GPS、GPS/BDS、GPS/Galileo及GPS/BDS/Galileo在定位可用性、定位精度和定位稳定性及收敛时间3个方面的PPP性能进行了对比分析。实验结果表明:GPS/BDS和GPS/Galileo双系统组合PPP在各方面的性能相当。相比GPS单系统PPP,双系统PPP能增加可用卫星数,改善卫星空间几何构型,定位精度提升20%～35%,定位稳定性提高25%～40%,收敛时间缩短35%～45%。BDS在较高截止高度角下的可用性、天向定位精度、水平方向定位稳定性、天向收敛速度方面的贡献略优于Galileo。GPS/BDS/Galileo三系统组合的PPP性能进一步提升。     

BDS/GPS组合精密单点定位精度分析与评价

精密单点定位（precise point positioning,PPP）已经广泛应用于许多领域,如测绘、交通、导航、地震监测等。近些年来,随着卫星数量的增多,多系统组合呈现越来越明显的趋势。利用全球MGEX（Multi-GNSS Experiment）网数据研究了BDS（BeiDou navigation satellite system）/GPS（global positioning system）组合精密单点定位技术,并与BDS单系统和GPS单系统进行了对比。结果表明,在静态定位中,BDS PPP在E、N、U方向的均方根误差分别为4.35 cm、3.01 cm、6.40 cm;GPS PPP在E、N、U方向的均方根误差分别为1.21 cm、0.48 cm、1.79 cm;BDS/GPS组合PPP在E、N、U方向的均方根误差分别为1.21 cm、0.50 cm、1.87 cm。在动态定位中,BDS PPP外符合精度水平方向优于10 cm,高程方向优于15 cm;GPS PPP和BDS/GPS组合PPP的外符合精度水平方向均优于5 cm,高程方向均优于8 cm。另外,无论是在静态还是动态的PPP中,组合系统相对于单系统,能大大缩短收敛时间,减少定位结果抖动,尤其是相对于BDS PPP来说,优势更为明显。     

BDS/GNSS融合精密单点定位性能分析

随着北斗卫星导航系统(BDS)的全球组网成功,基于BDS的应用研究正在如火如荼的进行中,尤其是包括BDS在内的多频多模融合定位正成为研究的重点. 利用MGEX (Multi-GNSS Experiment)多个测站的BDS、GPS、GLONASS、Galileo观测数据,基于RTKLIB开源代码,在Visual Studio 2017平台上进行了BDS/GPS、BDS/GLONASS、BDS/Galileo三种组合系统的精密单点定位(PPP)实验,从静态PPP、动态PPP、可见卫星数、精度衰减因子(DOP)等方面对比分析了三种组合系统的定位性能. 实验结果表明:BDS/GPS组合系统的可见卫星数最多,各DOP值最小,静态PPP收敛后三个方向的精度优于6 cm. 不论是静态PPP还是动态PPP,其定位性能都最好;BDS/GLONASS、BDS/Galileo组合系统动态PPP的定位抖动较大,可见卫星数都要小于BDS/GPS组合系统,收敛时间较长,两者的动态PPP定位性能也差于BDS/GPS组合系统.      

GPS、BDS、GPS+BDS精密单点定位精度评估

由于北斗系统卫星正式完成组网,因此有必要对BDS系统性能进行精度评估与分析。本文选取了MGEX网所采集的31 d观测数据,对比分析了GPS、BDS、GPS+BDS不同情况下静态与动态精密单点定位精度。试验结果表明,GPS和BDS单系统静态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于4、4、7 cm;GPS+BDS组合系统静态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于3、3、6 cm;GPS单系统动态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于5、5、10 cm;BDS单系统动态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于5、6、12 cm;GPS+BDS组合系统动态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于4、4、8 cm。因此组合系统相对于单系统可提高定位的稳定性和定位精度,尤其在动态PPP的情况下,组合系统的优势更为明显。     

全球区域BDS、GPS、BDS+GPS静动态PPP定位精度评估分析

利用全球区域的7个IGS站的观测数据以及GPS和BDS的精密轨道和钟差产品,分析了BDS、GPS和BDS+GPS组合的卫星数量、几何空间分布以及静动态PPP精度。实验结果表明,GPS在全球7个测站的卫星数在10颗左右,卫星分布较均匀;BDS在Alic(大洋洲)、Iisc(亚洲)、Zamb(非洲)的卫星数明显多于GPS,其余测站卫星数量相当。数据表明,GPS+BDS卫星数量和卫星几何空间分布状态明显优于单系统。在静态PPP中,BDS在Maw1(南极洲)和Unsa(南美洲)精度略低于GPS,其余测站精度相当;GPS+BDS在7个测站U、N、E方向基本在1 cm左右,相对BDS、GPS单系统定位精度有一定提升。在动态PPP中,BDS在Nlib(北美洲)、Unsa的定位精度低于GPS,其余测站定位精度则要优于GPS,但BDS和GPS单系统在全球区域定位性能都不够稳定。GPS+BDS在7个测站U、N、E方向定位精度分别优于0.06 m、0.03 m、0.03 m,在动态PPP中相对于BDS和GPS 7个测站的精度均有提升,说明了GPS+BDS组合可以提高PPP精度并且可以极大改善定位的可靠性。     

Ambiguity resolved precise point positioning with GPS and BeiDou

This paper focuses on the contribution of the global positioning system (GPS) and BeiDou navigation satellite system (BDS) observations to precise point positioning (PPP) ambiguity resolution (AR). A GPS + BDS fractional cycle bias (FCB) estimation method and a PPP AR model were developed using integrated GPS and BDS observations. For FCB estimation, the GPS + BDS combined PPP float solutions of the globally distributed IGS MGEX were first performed. When integrating GPS observations, the BDS ambiguities can be precisely estimated with less than four tracked BDS satellites. The FCBs of both GPS and BDS satellites can then be estimated from these precise ambiguities. For the GPS + BDS combined AR, one GPS and one BDS IGSO or MEO satellite were first chosen as the reference satellite for GPS and BDS, respectively, to form inner-system single-differenced ambiguities. The single-differenced GPS and BDS ambiguities were then fused by partial ambiguity resolution to increase the possibility of fixing a subset of decorrelated ambiguities with high confidence. To verify the correctness of the FCB estimation and the effectiveness of the GPS + BDS PPP AR, data recorded from about 75 IGS MGEX stations during the period of DOY 123-151 (May 3 to May 31) in 2015 were used for validation. Data were processed with three strategies: BDS-only AR, GPS-only AR and GPS + BDS AR. Numerous experimental results show that the time to first fix (TTFF) is longer than 6 h for the BDS AR in general and that the fixing rate is usually less than 35 % for both static and kinematic PPP. An average TTFF of 21.7 min and 33.6 min together with a fixing rate of 98.6 and 97.0 % in static and kinematic PPP, respectively, can be achieved for GPS-only ambiguity fixing. For the combined GPS + BDS AR, the average TTFF can be shortened to 16.9 min and 24.6 min and the fixing rate can be increased to 99.5 and 99.0 % in static and kinematic PPP, respectively. Results also show that GPS + BDS PPP AR outperforms single-system PPP AR in terms of convergence time and position accuracy.     

低纬度高海拔地区BDS/GPS/GLONASS非差非组合PPP性能分析

本文在简述非差非组合理论模型以及参数估计的基础上,结合IGS/MGEX精密轨道和精密钟差等产品,对地处低纬度高海拔的云南地区进行了BDS/GPS/GLONASS系统非差非组合PPP性能分析。通过试验研究分析得出,在该地区单系统定位模式下可视卫星数为BDS>GPS>GLONASS;组合模式下,BDS系统与其他系统的可视卫星数基本都大于GPS跟GLONASS系统组合,可视卫星数依次为GRC>GC>RC>GR,PDOP值依次为GR>RC>GC>GRC。其中,组合模式下可视卫星数基本是单系统可视卫星数的2~3倍,表明在低纬度高海拔地区BDS系统的贡献大于其他两系统。多系统组合能够获得更好的卫星几何构型,较单系统有显著的优越性。在定位精度上,7种组合模式下定位精度基本能达到厘米至毫米级。     

GPS/BDS组合实时动态精密单点定位

针对常规模式下。单系统实时精密单点定位精度受接收机环境和可视卫星数量影响严重等问题,研究了GPS/BDS双系统实时精密单点定位,采用非差无电离层组合载波和伪距观测值,详细推论了Kalman滤波参数估计方法的基本原理,并利用其进行参数估计,最后通过IGS站和实测数据进行了实时PPP实验,实验表明:GPS/BDS双系统定位模式较GPS单系统有明显改善,在E、N、U方向收敛后RMS值分别达到0.125 m、0.117 m、0.289 m,较单系统在各方向分别改善了11.9%、18.1%、22.5%。证明了GPS/BDS实时PPP能够达到分米级到厘米级定位精度。     

高纬度BDS/GPS PPP中的对流层延迟改正模型优选

由于高纬度地区气温气压值及变化率与中低纬度地区有较大差异,因此目前发布的多种对流层延迟模型在高纬度地区使用的精度会不同。为了给高纬度地区BDS/GPS用户提供更好的对流层延迟模型选择,文中采用UNB3,EGNOS和GPT2模型,以IGS发布的ZPD产品和SINEX文件作为参考,对比基于这三种对流层延迟模型计算的天顶对流层总延迟量以及精密单点定位精度,可知GPT2较UNB3和EGNOS在高纬度地区定位中有更好的精度表现。     

Modeling tropospheric wet delays with national GNSS reference network in China for BeiDou precise point positioning

During past decades, precise point positioning (PPP) has been proven to be a well-known positioning technique for centimeter or decimeter level accuracy. However, it needs long convergence time to get high-accuracy positioning, which limits the prospects of PPP, especially in real-time applications. It is expected that the PPP convergence time can be reduced by introducing high-quality external information, such as ionospheric or tropospheric corrections. In this study, several methods for tropospheric wet delays modeling over wide areas are investigated. A new, improved model is developed, applicable in real-time applications in China. Based on the GPT2w model, a modified parameter of zenith wet delay exponential decay wrt. height is introduced in the modeling of the real-time tropospheric delay. The accuracy of this tropospheric model and GPT2w model in different seasons is evaluated with cross-validation, the root mean square of the zenith troposphere delay (ZTD) is 1.2 and 3.6 cm on average, respectively. On the other hand, this new model proves to be better than the tropospheric modeling based on water-vapor scale height; it can accurately express tropospheric delays up to 10 km altitude, which potentially has benefits in many real-time applications. With the high-accuracy ZTD model, the augmented PPP convergence performance for BeiDou navigation satellite system (BDS) and GPS is evaluated. It shows that the contribution of the high-quality ZTD model on PPP convergence performance has relation with the constellation geometry. As BDS constellation geometry is poorer than GPS, the improvement for BDS PPP is more significant than that for GPS PPP. Compared with standard real-time PPP, the convergence time is reduced by 2–7 and 20–50% for the augmented BDS PPP, while GPS PPP only improves about 6 and 18% (on average), in horizontal and vertical directions, respectively. When GPS and BDS are combined, the geometry is greatly improved, which is good enough to get a reliable PPP solution, the augmentation PPP improves insignificantly comparing with standard PPP.     

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。