一种新的区域对流层拟合模型及其在PPP中的应用

在分析常用的四参数曲面模型等区域对流层延迟模型的基础上,提出了一种新的基于多面函数的对流层拟合模型,并利用自编软件分析了各模型的拟合效果。将对流层拟合模型应用于改进的PPP定位算法,结果表明,所提方法能有效地提高初始历元的解算精度,收敛后定位结果与采用随机游走估计对流层湿延迟方法的结果精度相当。该方法可在一两个历元中使PPP收敛至dm级,但是对PPP收敛至cm级的效率提高并不明显。     

PPP估计天顶对流层延迟方法与结果分析

介绍了精密单点定位估计天顶对流层延迟的方法,利用武汉大学研发的TriP软件解算了7个IGS跟踪站的天顶对流层延迟,将其与IGS分析中心提供的天顶对流层延迟数据进行了对比分析。     

利用非气象参数对流层延迟估计模型加速PPP收敛

基于非气象参数的对流层延迟估计建模的研究日趋成熟,其应用范围也不断拓宽。主要研究了其在精密单点定位中的应用,从定位精度和收敛时间两个方面分析了其应用效果。经过实验验证,在应用了非气象参数估计模型以后,定位的收敛时间得到显著改善,加快了约23%,同时其对定位精度的影响不显著。     

一种新的全球对流层天顶延迟模型

利用IGS提供的高精度对流层天顶延迟数据,在全球范围内详细分析对流层延迟在高程及水平方向的变化规律,建立了一种新的全球对流层天顶延迟模型。该模型计算方法简单,只与年积日和位置参数有关,无需气象参数。经检验,新模型的对流层延迟改正精度优于输入标准气象参数的几种常用的对流层延迟模型,满足卫星实时定位和导航的精度要求。     

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.      

几种开源精密单点定位软件算法研究与精度分析

从全球范围分布的IGS站中选取7个测站的观测数据,利用RTKLIB、PPPH和GAMP 3种开源精密单点定位软件分别进行静态PPP(precise point positioning)和模拟动态PPP解算,解算的坐标结果与SOPAC进行比较,天顶对流层延迟(zenith tropospheric delay,ZTD)与利用BERNESE 5.0解算的5 min ZTD进行比较,并分别统计了收敛时间,结果表明:①在静态和动态PPP中,三者水平方向RMS(root mean square)分别均优于2 cm和5 cm,在高程方向精度有一定差异.②利用3种软件进行静态PPP解算均可得到厘米级对流层解算精度,GAMP与RTKLIB的解算结果与BERNESE解算结果差异在1 cm左右,与PPPH的差异在2 cm左右.③三者解算的收敛时间相当,静态PPP中收敛时间在6～56 min之间,动态PPP中收敛时间在9～116 min之间,部分测站PPPH解算的收敛时间较长.     

一种改进的精密单点定位模型

针对现有精密单点定位（PPP）模型收敛慢的问题,提出了一种改进的PPP定位模型。采用码相位半合组合观测值以及几何无关组合观测值分别降低码伪距观测噪声和轨道误差的影响,该模型不仅具有较小的观测噪声,还降低了轨道误差影响。实验结果表明,引入新的组合观测值后明显改善了PPP的解算性能。当观测时长为0.5 h时,采用所提模型的收敛率较标准非组合（un-combined model,UC）模型、UofC（university of calgary model）模型和标准非差无电离层组合（un-difference ionosphere free combined model,UD）模型分别提高了37.6%、4.2%和235.9%,且收敛速度有明显提高;在定位精度方面,新模型与UofC模型较为一致,但明显优于UC和UD模型;采用新模型估计的天顶对流层延迟与UC模型较为一致,且高于UofC和UD模型。     

基于北斗的精密单点定位估计对流层天顶延迟精度分析

通过全球导航卫星（GNSS）系统获取对流层天顶延迟对于气象和电波折射修正具有重要应用价值。利用自主研发的静态精密单点定位软件CRPPP,基于国际GNSS地球动力学服务局（IGS）发布的北斗系统（BDS）精密星历和精密钟差,给出了BDS估算天顶延迟结果。以IGS发布的全球定位系统（GPS）结果为参考对比,BDS估算天顶延迟结果平均偏差优于5mm,均方根误差（rms）优于2．3cm．同时,给出了西沙地区GPS与BDS估计结果,结果表明：利用北斗系统估计的对流层天顶延迟精度与GPS相当。     

4种在线PPP服务系统定位精度分析

系统比较了APPS、CSRS-PPP、GAPS、magicGNSS 4种在线PPP服务系统的特性,在此基础上,利用全球分布的5个IGS站,分析了这4种在线PPP服务系统在定位精度、收敛时间、对流层延迟精度3个方面的解算性能。试验结果表明,4种在线PPP服务系统解算的单天站坐标的精度都可达毫米级,其中APPS和CSRS-PPP解算的坐标精度略高于另外两种服务解算的精度。PPP定位坐标在1 h内可收敛至厘米级,在1.5 h时定位精度在0.05 m内。另外,4种在线PPP服务系统解算的对流层天顶延迟ZTD与IGS发布的ZTD也具有较高的一致性。     

精密单点定位方法测量对流层天顶延迟的精度改善

研究了非差GPS精密单点测量中几种常用的随机模型,提出了基于卫星低仰角的cosine平方随机模型。对上海IGS站和北京IGS站的观测数据分别进行了处理,结果表明,利用cosine平方随机模型的天顶延迟结果优于传统的随机模型结果。     

区域CORS网络增强PPP天顶对流层延迟内插建模

研究了利用区域CORS网基站上解算的高精度ZPD内插流动站ZPD的空间回归模型的适用性和内插效果,证明了H1QM3模型与MLCM模型等价。在此基础上,提出利用高差约束改善内插精度的空间回归模型。实验表明,H1QX1模型和H1QM3模型稳定,在平缓区域能获得10mm以内的插值精度,在起伏地区可获得20mm以内的插值精度;使用高差约束后,高程变化剧烈地区ZPD的内插精度可改善60%;内插参考站数量为9或10时效果最佳。     

GPS/VRS对流层延迟误差内插模型研究

在GPS/VRS高精度定位中,对流层延迟误差是影响定位精度的主要因素之一。由于该误差与各参考站间距离相关,目前主要是通过内插模型消除对流层延迟误差影响,实现用户高精度定位。通过总结近十年来主要的几种内插模型,并结合美国CORS网络的六个参考站的数据进行实验分析,发现内插模型误差和卫星高度角以及用户与参考站高程差是相关的,其中LIM模型和LCM模型能够获得较优的效果,可应用于消除对流层延迟误差。     

局部地区对流层大气垂直干延迟的模型改正

干延迟的精确确定对GPS气象中解算可降水分含量有很重要的作用。根据武汉和探空站Kingspark的探空资料,计算了这两地的实际干延迟量。在这些资料的基础上,用回归分析的方法对这两地的干延迟算式进行了建模和分析,发现该算式的精度优于其他模型。     

常用对流层区域拟合模型的比较分析

对流层延迟误差,作为CORS系统的主要误差源之一,在高精度定位中必须予以改正。以高精度GPS数据处理软件Bernese5．0为平台,利用北部湾CORS系统实测数据,比较、分析了目前几种常用的区域对流层改正模型的内插精度,得到了一些有益的结论。     

基于UofC模型的多系统组合PPP解算性能分析

针对GNSS多系统组合进行PPP定位的问题,推导了基于UofC模型的多系统组合PPP的函数模型和随机模型。最后采用IGS观测站30 d的部分观测数据对不同组合模式的PPP进行了解算。试验分析结果表明：GNSS多系统组合PPP收敛时间与GPS单系统相比可以缩短30%~50%。对于定位精度,在观测时长较短时（如0.5 h）,GNSS多系统组合PPP整体上具有较优的定位精度,N、E方向偏差和标准差分别为0.3、0.5 cm和1.9、4.3 cm,短时间内由于对流层参数与垂直方向的强相关性,使得U方向精度稍差。此外,在卫星高度截止角大于40°的条件下,单系统可见卫星数不足从而导致无法进行连续定位,但多系统组合具有更多的可视卫星,仍能获得较好的定位精度,使其在建筑物密集区、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。     

亚洲地区EGNOS天顶对流层延迟模型单站修正与精度分析

以亚洲地区46个IGS站2008-2011年实测的高精度天顶对流层延迟（ZTD）数据为参考值,通过对2008-2010年EGNOS模型计算ZTD的日均偏差进行频谱分析,建立了亚洲地区EGNOS模型的单站修正模型（SSIEGNOS）,对EGNOS和SSIEGNOS模型在亚洲地区的精度和适用情况进行了评估,结果表明：（1）EGNOS模型偏差和RMS在时间分布上呈现明显的季节变化规律,而SSIEGNOS模型偏差和RMS变化较小且平稳;（2）在空间分布上,两种模型的偏差随着经纬度和高程的变化均无明显规律,但随着高程或者纬度的增加RMS总体上都有递减的趋势;（3）SSIEGNOS模型预测ZTD的精度相对于EGNOS模型有明显提高。     

海道测量定位中对流层延迟差分估计技术研究

为削弱海上对流层延迟对高精度海道测量的影响,提出了一种基于差分改正思想的对流层延迟估计方法。首先,以Saastamoinen模型作为先验值,采用精密单点定位技术估算对流层改正量。将天顶延迟的剩余误差作为待定参数,用Kalman滤波估计对流层的残余量;然后,分别估计基准站和移动站的对流层延迟,作为差分计算的初值代入差分解算模型中,从而求得海上移动站的精确位置。实测数据表明,相对于常规动态解,基于对流层差分改正的定位技术改善了移动站的定位精度,其中,垂直方向的精度提高了17.6%。     

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%。     

湿延迟与可降水量转换系数的全球经验模型

利用2005~2011年的全球大地测量观测系统(global geodetic observing system,GGOS)Atmosphere提供的2.5°×2°(经度×纬度)的天顶湿延迟(zenith wet delay,ZWD)格网数据和欧洲中尺度天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)提供的2.5°×2°可降水量(precipitable water vapor,PWV)格网数据,在全球范围内计算得到各格网点的地基GPS水汽反演关键参数Π^-1的时间序列,分析了其时空分布特征,建立了一种转换系数Π的全球经验模型。该模型无需站点气象数据,仅与站点经纬度、年积日和海拔相关。利用未参与建模的2012年的GGOS Atmosphere和ECMWF格网数据、2012年661个无线电探空站的探空资料对模型进行精度检验。结果显示,采用格网数据检验,其偏差的平均值(Bias)为-0.179 mm,均方根误差(root mean square error,RMS)的平均值为1.806 mm;采用无线电探空资料进行检验,其Bias为0.465 mm, RMS为0.789 mm。结果都表现出了较小的系统性偏差与较高的精度,说明所建立的湿延迟与可降水量转换系数模型在全球范围内具有较高的精度与稳定性。