CNES实时和存档卫星轨道/钟差产品对北斗PPP的影响分析

从使用CNES产品的北斗实时PPP用户角度出发,对比分析连续10 d的北斗实时和存档产品,并对2种产品的轨道/钟差差异及该差异对北斗PPP的影响进行研究。结果表明,2种产品的轨道差异小于1 mm,但钟差存在±0.1 ns差异;将2种产品分别应用到4个IGS MGEX测站的北斗静态PPP中发现,2种产品的差异对PPP收敛速度存在一定影响,收敛后的定位精度差异可达3 cm。因此在实际使用中,用户不能忽视CNES实时产品和存档产品的差异。     

MGEX和iGMAS的多系统轨道和钟差产品精度分析

采用分析中心间互比、SLR残差检核、卫星钟差拟合以及阿伦方差等方法对MGEX和iGMAS提供的多系统轨道和钟差产品精度进行综合分析。结果表明，GPS和GLONASS卫星的轨道精度分别在1.0~1.3 cm和2.0~3.6 cm，其中iGMAS提供的轨道产品较优。Galileo卫星的轨道一致性在10~17 cm，采用ECODE2模型或附加先验模型可有效提高轨道精度。BDS GEO卫星的轨道一致性在数m级，径向精度约为25 cm；IGSO和MEO卫星的轨道一致性分别在21~40 cm和11~18 cm左右，且径向精度分别优于10 cm和5 cm。MGEX和iGMAS提供的GPS和GLONASS卫星的钟差精度较好，但稳定性和可靠性仍有待提升。Galileo卫星的钟差一致性约为0.2~0.4 ns，且钟差产品中吸收了未被模型化的轨道误差。BDS GEO、IGSO和MEO卫星的钟差一致性分别在0.35~0.46 ns、0.25~0.33 ns和0.11~0.21 ns，其中CODE提供的BDS IGSO/MEO卫星的钟差产品受偏航姿态模式影响较大。     

BDS全球定位服务能力及天顶对流层延迟估计性能评估

基于自行解算的GPS/BDS精密轨道和钟差产品,选取全球均匀分布的9个MGEX观测站1周的观测数据,使用GAMP软件进行BDS静态精密单点定位（PPP）解算,以评估BDS全星座的全球定位服务能力及天顶对流层延迟（ZTD）的估计性能。实验结果表明,BDS静态PPP解算收敛后水平方向精度优于1 cm,高程方向精度在1 cm左右,定位精度已与GPS相当;其天顶对流层估计精度优于1 cm,与GPS PPP解算的ZTD误差的RMS值相差在1 mm以内。总体来说,BDS全星座已具备与GPS相当的全球定位服务能力和ZTD反演性能。     

三种多系统开源PPP软件性能比较与分析

为对比PPPH、MG-APP、GAMP三种多系统开源PPP软件的特性,选取6个MGEX测站的观测数据,使用3个PPP软件进行GPS单系统和GRCE多系统精密单点定位解算,分析对比其解算的定位精度、收敛时间和对流层延迟。结果表明,3个软件解算的GRCE多系统的定位精度和收敛时间相比于GPS单系统均有所改善,MG-APP和GAMP解算的定位精度相当而PPPH略差,MG-APP相比于PPPH和GAMP收敛时间更短。3个软件解算的GPS和GRCE静态精密单点定位在平面上优于1 cm,高程上优于2 cm;GPS动态精密单点定位在平面上优于2 cm,高程上优于5 cm;GRCE动态精密单点定位在平面上优于2 cm,高程上优于3 cm。3个软件解算的ZTD与IGS发布的ZTD具有很高的一致性,均能满足ZTD精度要求,GAMP相比于PPPH和MG-APP解算的ZTD稳定性略高。     

GPS/Galileo实时天顶对流层延迟估计研究

采用14个MGEX测站观测数据，利用实时PPP估计方法计算得到Galileo、GPS和GPS/Galileo组合ZTD估值。14个测站的Galileo和GPS ZTD估值的相关系数绝大多数大于0.9，且Galileo-GPS ZTD差值的RMS为8～16 mm，RMS的平均值为12.3 mm，证明Galileo和GPS解的符合性良好，Galileo实时估计的ZTD精度满足要求。同时，IGS最终ZTD产品被用来评价各解算结果的精度，结果显示，GPS/Galileo联合解算时，相对于GPS单系统精度提高了5%~35%，相对于Galileo 单系统精度提高了25%~51%。     

北斗系统PPP定位精度及收敛速度分析

选取MGEX亚太区域12个测站1周的观测数据,分析比较BDS-2和BDS-2+3的动态PPP性能。结果表明,加入BDS-3能显著提升动态PPP的收敛速度和定位精度,但由于目前BDS-3精密轨道和钟差产品中的卫星数目有限,收敛速度仍比GPS慢。     

一种改进的混合差分实时GPS卫星钟差估计算法及其实现

提出一种改进的混合差分算法，实现实时GPS卫星钟差估计。算法实现过程主要采用4个解算步骤，最终生成播发至用户的实时钟差产品。利用全球分布的68个测站实时数据流进行GPS卫星实时钟差解算，并对2018-01-14～01-19的实时GPS卫星钟差产品采用2种方法进行检核：1）与IGS快速钟差产品比较；2）运用实时动态PPP结果检核。结果显示，基于改进的混合差分算法，利用实时数据流实现的GPS实时卫星钟差产品具备STD为0.15 ns、RMS为0.63 ns的精度，可提供实时cm级定位服务。     

BDS/GNSS精密单点定位性能分析

首先采用国际上通用的德国地学中心（GFZ）与武汉大学（WHU）精密产品,对GNSS精密卫星轨道和精密钟差产品精度进行初步评估;然后基于WHU精密轨道和钟差产品对18个分布于东半球的MGEX地面站进行多系统定位测试,同时也对BDS的B1I/B3I与B1C/B2a两组新、旧频点的精密单点定位性能进行对比分析。结果表明：1）四大导航系统（GPS、GLONASS、BDS、Galileo）的卫星轨道产品精度均在cm级,精密钟差内符合精度均优于0.1 ns,北斗三号（BDS-3）卫星钟精度相比北斗二号（BDS-2）有显著提升。2）亚太地区BDS的定位精度优于其他3个系统;在其他地区,GPS定位精度最优（与Galileo基本相当）,优于BDS和GLONASS的定位结果。3）BDS PPP平均收敛时间静态模式约为50.33 min、动态模式约为77.83 min,收敛速度略低于GPS、Galileo,优于GLONASS。4）B1C/B2a与B1I/B3I双频消电离层组合PPP定位性能基本相当。     

多系统融合精密单点定位性能分析

利用GPS、GLONASS、Beidou和Galileo 四系统的观测数据以及MGEX精密轨道和钟差产品,研究多系统融合精密单点定位的理论模型,并分析其收敛速度和定位精度。结果表明,静态定位时,Beidou系统收敛较慢,收敛后平面精度优于5 cm,高程精度优于8 cm,四系统融合收敛速度最快,定位精度和GPS接近;动态定位时,Beidou平均收敛时间在110 min以上,平面定位精度优于8 cm, 高程精度优于16 cm,四系统融合显著提升了收敛速度,但是定位精度和GPS相比没有明显提升。在截止高度角大于30°条件下,GPS系统定位偏差较大,而多系统依然能够保证足够数量的可见卫星,从而保证可靠的定位精度。     

顾及OSB改正的BDS-3新频点精密单点定位精度分析

基于武汉大学发布的BDS-2/3观测量偏差(OSB)改正产品,采用国内8个iGMAS测站1个月的观测数据,分析OSB改正前后对B1I/B3I旧频点及B1C/B2a新频点2种组合模式下BDS-2/3伪距单点定位(SPP)和精密单点定位(PPP)精度的影响。结果表明,B1I、B3I、B1C和B2a的OSB年均值为-80～70 ns,各频点OSB年稳定性分别为3.41 ns、5.87 ns、2.04 ns和2.32 ns。在BDS-2/3伪距单点定位方面,改正后B1I/B3I组合的3D方向定位精度优于2.53 m, B1C/B2a组合的3D方向定位精度优于3.84 m,二者精度提升均不明显。在BDS-2/3精密单点定位方面,B1I/B3I组合的3D方向定位精度优于7.7 cm,提升约20.6%,收敛时间约为38 min,提升约7.3%;B1C/B2a组合的3D方向定位精度优于3.7 cm,提升约11.9%,收敛时间约为36 min,提升约16.3%。     

GPS/Galileo实时精密单点定位精度分析

在组合PPP函数模型分析的基础上，采用CNES提供的多系统实时轨道和钟差信息，实现GPS/Galileo组合单双频实时静动态PPP，并选取10个MGEX站10 d的观测数据进行解算分析。结果表明，单双频实时静态PPP中，GPS/Galileo组合的定位精度略优于单纯的GPS；单双频实时动态PPP中，GPS/Galileo组合具有较好的定位效果。相较于单纯的GPS，GPS/Galileo组合单频PPP在E、N、U方向平均精度为10.6 cm、9.8 cm、22.5 cm，分别提高了5.4%、4.9%、10.4%；双频PPP在E、N、U方向平均精度为4.3 cm、2.9 cm、7.0 cm，分别提高了6.5%、6.5%、5.4%。同时，GPS/Galileo组合PPP较GPS在收敛时间方面也有一定的改善。     

基于BDS与GPS精密单点定位的天顶对流层延迟估计比较

在BDS与GPS现有星座条件下,针对若干IGS和MGEX跟踪站的实测数据,利用CODE事后GPS产品与WHIGG计算的BDS精密轨道和钟差,对GPS单系统、BDS单系统及两者组合系统进行精密单点定位（PPP）处理,估计出相应的天顶对流层总延迟量,并进行分析比较。实验表明,与IGS提供的对流层产品相比,利用GPS单系统处理,能较准确地反映出天顶对流层延迟量,其精度为mm级;BDS单系统结果较GPS单系统略差,其精度优于2cm;GPS与BDS组合系统的结果与GPS单系统结果相近。     

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BDS-3精密单点定位性能比较分析

基于西安测绘研究所发布的BDS-3精密轨道和钟差产品,研究B1C-B2a双频组合的卫星端差分码偏差（DCB）改正模型,并分析中国科学院发布的DCB产品的稳定性。采用10个MGEX测站7 d的观测数据,对非差非组合和无电离层组合模型下的B1I-B3I、B1C-B2a两种双频组合的BDS-3精密单点定位精度进行对比分析。结果表明,BDS-3静态定位精度水平方向优于2.0 cm,高程方向优于2.5 cm,收敛时间在31 min左右;模拟动态定位精度水平方向优于3.4 cm ,高程方向优于4.1 cm,收敛时间在60 min左右;B1I-B3I、B1C-B2a两种双频组合定位精度相当且收敛时间较为接近,二者都可用于北斗精密单点定位。