Integrity monitoring of fixed ambiguity Precise Point Positioning (PPP) solutions

Traditional positioning methods, such as conventional Real Time Kinematic (cRTK) rely upon local reference networks to enable users to achieve high-accuracy positioning. The need for such relatively dense networks has significant cost implications. Precise Point Positioning (PPP) on the other hand is a positioning method capable of centimeter-level positioning without the need for such local networks, hence providing significant cost benefits especially in remote areas. This paper presents the state-of-the-art PPP method using both GPS and GLONASS measurements to estimate the float position solution before attempting to resolve GPS integer ambiguities. Integrity monitoring is carried out using the Imperial College Carrier-phase Receiver Autonomous Integrity Monitoring method. A new method to detect and exclude GPS base-satellite failures is developed. A base-satellite is a satellite whose measurements are differenced from other satellite’s measurements when using between-satellite-differenced measurements to estimate position. The failure detection and exclusion methods are tested using static GNSS data recorded by International GNSS Service stations both in static and dynamic processing modes. The results show that failure detection can be achieved in all cases tested and failure exclusion can be achieved for static cases. In the kinematic processing cases, failure exclusion is more difficult because the higher noise in the measurement residuals increases the difficulty to distinguish between failures associated with the base-satellite and other satellites.     

GPS精密单点定位技术在像控测量中的应用

本文在分析了GPS相对定位及其RTK在像控中应用的优缺点后,提出了精密单点定位进行像控测量的方法。通过实例证明这种方案是完全可行的,并得出了一些对生产实际有益的结论。     

关于GPS精密单点定位（PPP）技术的精度探讨

用实例数据验证了GPS PPP技术的精度水平及影响因素等。结果表明,PPP技术的精度水平可以用于小比例尺测图直接定向;PPP精度受限于精密星历的精度水平及软件的算法。     

GPS静态精密单点定位精度实验分析

通过实验分析了静态GPS精密单点定位精度,提出了应用精密单点定位技术进行生产作业时应该注意的几点问题.     

基于精密单点定位的岛礁控制测量研究

本文利用静态精密单点定位技术解算海岛礁控制点的位置坐标,并利用高精度长基线解算软件GAMIT／GLOBK的结果作对比,结果显示其精度可达到厘米级别。在数据解算过程中分析影响误差的主要来源,并重点讨论了多路径效应对精度的影响,提出相关的处理手段,最终达到提高精度的目的。     

GPS技术在像控测量中的应用

继阐述GPS技术已有方法在像控测量中的优缺点后,提出了应用非差相位精密单点定位技术进行像控测量的新方法。通过实例验证了此方法的可行性和高效性,并得出了一些对生产实际有益的结论。     

星历精度对动态GPS精密单点定位的精度影响分析

不同的精密星历,其精度对GPS动态精密单点定位结果会产生影响,达到什么程度至今还没有确切的答案。本文利用IGS网站给出的不同精密星历数据结合钟差数据,采用GrafNav软件进行不同的组合计算,得出了一些有益的结论。     

Efficiency of carrier-phase integer ambiguity resolution for precise GPS positioning in noisy environments

Precise GPS positioning relies on tracking the carrier-phase. The fractional part of carrier-phase can be measured directly using a standard phase-locked loop, but the integer part is ambiguous and the ambiguity must be resolved based on sequential carrier-phase measurements to ensure the required positioning precision. In the presence of large phase-measurement noise, as can be expected in a jamming environment for example, the amount of data required to resolve the integer ambiguity can be large, which requires a long time for any generic integer parameter estimation algorithm to converge. A key question of interest in significant applications of GPS where fast and accurate positioning is desired is then how the convergence time depends on the noise amplitude. Here we address this question by investigating integer least-sqaures estimation algorithms. Our theoretical derivation and numerical experiments indicate that the convergence time increases linearly with the noise variance, suggesting a less stringent requirement for the convergence time than intuitively expected, even in a jamming environment where the phase noise amplitude is large. This finding can be useful for practical design of GPS-based systems in a jamming environment, for which the ambiguity resolution time for precise positioning may be critical.     

GPS非差相位精密单点定位技术探讨

探讨了精密单点定位的基本原理、处理方法、所涉及的误差改正及数据处理中的一些关键技术;采用直接内插IGS卫星精密星历的方法代替利用IGS跟踪站进行轨道精化方法计算卫星轨道参数,对现有精密单点定位计算方法进行了简化,使之更具有实用性。最后利用自主研发的精密非差单点定位软件计算和分析了实测数据。计算结果表明,经过大约15min的初始化后,非差相位单历元的定位结果精确度在X、Y、Z方向上均优于20cm。     

GPS非差相位精密单点定位方法与实现

探讨了精密单点定位的基本原理、处理方法、所涉及的误差改正及数据处理中的一些关键技术;采用直接内插IGS卫星精密星历的方法代替利用IGS跟踪站进行轨道精化方法计算卫星轨道参数,对现有精密单点定位计算方法进行了简化,使之更具有实用性。最后利用自主研发的精密非差单点定位软件计算和分析了实测数据。计算结果表明,经过大约15 min的初始化后,非差相位单历元的定位结果精确度在X,Y,Z方向上均优于20 cm。     

论精密单点定位整周模糊度解算的不同策略

精密单点定位（PPP）一般基于非差GPS观测值,其中相位观测所含的初始相位偏差（Initial Phase Biases, IPBs）与整周模糊度不可分离,故各类PPP估值均为模糊度浮点解。目前,借助区域或全球GPS网分离卫星IPBs,改正PPP相位观测值,可实现PPP整周模糊度解算,进而提高各类估值精度,显著缩短收敛时间。常用算法包括：分解卫星钟差（分解钟差法）和非整相位偏差（非整偏差法）估计方法。本文从GPS原始观测值入手,推导了卫星IPBs估计的满秩函数模型,以此为基础对两种算法的特点及实施进行了对比分析。研究表明：分解钟差法是一种观测信息的最优利用,且与传统的卫星钟差估计方法具有较优的一致性,但未利用卫星IPBs较为稳定的有利约束;非整偏差法对组合观测值之间的相关性未加考虑,进而是一种次优估计,其实时性实施较差,且较依赖于高精度的码观测值。文中的新模型可有效克服上述两种算法的不足,便于施加部分参数的合理时变性约束,以提高卫星IPBs估计的可靠性。     

实时精密单点定位精度与收敛性分析

介绍了目前国际全球定位系统服务（IGS）组织提供的实时精密轨道和精密钟差改正系数（ROCC）的基本参数以及能够进行实时精密单点定位软件（BNC）（即BKG Ntrip Client,由BKG开发的一款用于实时同步接收、解码及转换的GNSS数据流管理软件）。选取了25个全球IGS跟踪站,并基于BNC软件分析了IGS提供的15种ROCC产品对测站实时精密单点定位精度与收敛性的影响。实验结果表明：采用BNC软件,15种ROCC产品均能在平均15min的时间收敛,并且在N、E方向达到6～8cm,U方向10～20cm的定位精度;且不同ROCC产品其收敛时间和定位精度都存在一定的差异。     

GPS观测数据中的仪器偏差对确定电离层延迟的影响及处理方法

差分码偏差（DCB）是电离层总电子含量（TEC）监测和建模的主要系统误差,卫星DCB也是卫星导航系统导航电文的重要参数。研究了卫星DCB的估计算法,推导了不同基准下DCB的转换公式,利用北斗观测实验网解算了2013年北斗卫星的DCB。在同一基准下分析了北斗卫星DCB的稳定性,并与MGEX发布的DCB产品进行了比较分析。实验结果表明,该方法解算的北斗卫星B1-B2 DCB在-9~17 ns之间,北斗卫星DCB的稳定性优于0.4 ns;北斗倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）卫星稳定性优于地球静止轨道卫星（GEO）和中圆地球轨道卫星（MEO）;利用北斗观测实验网解算的北斗卫星DCB与MGEX解算结果存在最大约1.7 ns的系统偏差,可能由于测距码的不一致性所致;接收机硬件材质的不同是导致接收机DCB差异的主要影响因素。     

前后向平滑算法在动态精密单点定位中的应用

针对PPP初始收敛段定位精度低而造成的定位结果无法利用的问题,文章提出将前后向平滑算法应用于动态PPP解算中,以获取整个观测时段的高精度定位结果;针对PPP成果缺乏质量检核手段的问题,文章提出构造前后向位置不符值作为质量检核指标。模拟动态算例和船载动态算例表明:平滑后的动态PPP克服了前向、后向滤波初始收敛段定位精度差的问题,整体位置误差RMS在10cm内,提高了数据利用率;收敛段的前后向位置不符值RMS也在10cm内,该指标可用来对PPP成果进行质量检核。     

精密单点定位方法估计对流层延迟精度分析

在简要描述精密单点定位估计天顶对流层延迟方法的基础上,分别采用IGS事后产品和实时产品处理了若干IGS跟踪站数据,估计出各站天顶对流层延迟,其中,实时精密卫星星历与钟差处理方案采用事后下载实时产品、事后模拟实时处理的方式。与IGS结果相比,利用精密单点定位方法,采用IGS事后精密星历与卫星钟差估计的结果无明显的偏差,其精度优于6 mm;采用实时精密卫星星历与卫星钟差模拟估计的结果精度优于20 mm。     

基于SEID模型的单频PPP双频解算方法研究

提出了利用区域内的双频观测值建立区域SEID模型,利用单频观测值反演得到双频观测值,进而组成双频无电离层组合观测值,实现了单频PPP双频解算。算例结果表明,本文提出的新方法大大缩短了定位收敛时间,显著地提高了单频PPP的定位精度。     

多模数据融合的单频RTK算法研究与软件实现

收敛速度慢一直是限制精密单点定位（precise point positioning, PPP）发展的重要因素。研究表明,通过高精度电离层延迟改正,进而实现精密单点定位实时动态（PPP-real time kinematic,PPP-RTK）,可显著提升PPP的收敛速度。目前区域PPP-RTK中电离层主要采用单星多项式电离层模型（satellite-based ionospheric model with polynomial function,SIM_POLY）与单星电离层延迟反距离内插模型（satellite-based ionospheric model with inverse distance weight function,SIM_IDW）进行建模。为了检验上述两种模型在不同纬度的建模精度,对中国广东、湖北及河北3个省上空电离层延迟进行建模,并将其应用于单/双系统、浮点解及固定解中,分析其定位性能。实验结果表明,在低纬度区域,SIM_IDW模型表现略优于SIM_POLY模型,中高纬度区域则并无显著差异。浮点解PPP中,将SIM_IDW模型及SIM_POLY模型改正下的结果与无电离层组合PPP（ionosphere-free combination PPP, IFPPP）及欧洲定轨中心（Centre for Orbit Determination in Europe,CODE）的全球电离层格网（global ionospheric map,GIM）改正下的非差非组合结果进行比较,发现区域电离层模型改正下的PPP定位效果更好;与湖北省及广东省定位结果相比,河北省数据收敛速度最快,单GPS解算模式下采用SIM_IDW及SIM_POLY模型改正下的定位精度相较于IFPPP分别提升了43.7%和43.0%。固定解PPP中,河北省GPS+北斗解算模式下SIM_IDW、SIM_POLY模型改正下的PPP-RTK首个历元模糊度固定成功率分别可达86.09%和89.13%,且水平方向定位精度首个历元收敛至5 cm,高程方向定位精度1.5 min内收敛至10 cm;定位精度方面,在引入北斗系统之后,双系统PPP-RTK相较于单GPS有明显提升,河北省GPS+北斗解算模式下SIM_IDW、SIM_POLY模型改正下的PPP-RTK水平及三维定位精度分别为1.3 cm和3.5 cm。通过SIM_IDW及SIM_POLY模型建立区域电离层模型进而实现PPP-RTK,可以显著缩短PPP收敛时间,提高定位精度。     

基于GPS双频原始观测值的精密单点定位算法及应用

本文提出一种基于GPS双频原始观测值的PPP算法,与基于消电离层组合观测值的传统PPP算法不同,新算法通过参数化站星视线方向的电离层延迟以消除其对PPP估值的不利影响;该新算法可以有效避免观测值组合过程所引起的观测数据噪声以及多路径效应被放大的不利影响;同时在利用扩展卡尔曼滤波模型进行未知参数的递归估计过程中,通过对大气延迟参数引入符合实际的约束,可以加快滤波收敛,提高参数估值的可靠性;视线方向电离层延迟可与其他未知参数同时估计得到,进而便于利用PPP技术进行精密电离层研究;此外,对于可能的模型误差（如码观测值粗差、相位观测值周跳等）,基于DIA的质量控制策略以消除或削弱其对参数估值的不利影响。利用实测数据对新算法在静态、低动态以及高动态定位应用方面的精度进行检验,结果表明,静、动态定位结果的外符合精度可分别达到1~2 cm和7~8 cm,验证了新算法的可行性和有效性。     

非组合与组合PPP模型比较及定位性能分析

非差模糊度经过未校准硬件延迟小数部分（fractional cycle bias,FCB）产品改正后恢复整周特性,能够显著缩短精密单点定位（precise point positioning,PPP）的初始化时间。服务端采用非组合模型估计FCB产品时,由于电离层误差的影响,原始频点L1和L2的FCB无法准确分离,因此提出一种基于消电离层组合FCB产品的非组合PPP部分模糊度固定方法。由于传统服务端消电离层组合FCB产品算法与用户端非组合模糊度固定算法具有一致性,可采用星间单差的宽巷和原始频点模糊度构建窄巷模糊度,利用消电离层组合FCB产品进行分步模糊度固定。采用全球120个MGEX（multi-GNSS experiment）测站作为服务端生成消电离层组合FCB和非组合FCB产品,再选取全球未参与服务端解算的10个测站进行评估验证。实验结果表明,相对于使用传统非组合FCB的模糊度固定方法,静态情况下,所提方法收敛精度平均提升25.0%,收敛时间缩短21.1%;仿动态条件下,所提方法收敛精度平均提升26.7%,收敛时间缩短17.9%。     

Impact of different sampling rates on precise point positioning performance using online processing service

In this study, the effect of different sampling rates (i.e. observation recording interval) on the Precise Point Positioning (PPP) solutions in terms of accurac...