基于GNSS网络的实时精密单点定位及精度分析

基于局域GNSS网络,以历元间、星间差分技术实时估计了GPS卫星相对钟差的历元间差值;针对所估计实时精密钟差的特征,推导了实时精密单点定位的估计模型.对所估计得到的相对钟差的历元间差值、实时定位结果分别进行了比较、分析.结果表明,相对钟差的历元间差值与IGS的最终星历相比其精度可以达到0.08 ns;每小时观测的实时静态定位结果在N、E、U三个方向的精度分别为1.47、3.62、4.09 cm.动态模式,实时结果在N、E、U三个方向的精度分别为2.63、3.82、5.20 cm.与采用IGS最终轨道和钟差解算的结果相比较,实时计算结果优于采用精密轨道和精密钟差计算结果.     

固定非差整数模糊度的PPP快速精密定位定轨

从GPS基本观测模型出发,给出并推导了分离相位小数偏差求解非差整数模糊度的精密单点定位数学模型和算法.利用少量IGS跟踪站组成服务端观测网计算未检校的相位小数偏差改正信息,用于改正用户端接收机的相位观测值,实现了固定非差整数模糊度的快速精密单点定位与定轨.试验结果表明: 利用30 min的地面动态或静态观测数据进行精密单点定位,非差模糊度固定成整数后,其定位结果较PPP浮点解有明显改善,水平方向提高了近一个数量级,可达到1 cm甚至毫米级的精度;高程方向与对流层延迟解算精度也改善了20%~60%.与浮点解相比,固定解能显著改善PPP的定轨精度,仅用15 min的短弧段观测数据,切向与法向的定轨精度可达到1 cm左右;径向方向为3~5 cm左右,较浮点解定轨精度改善了50%~70%.因此,固定非差整数模糊度后的PPP能够满足毫米至厘米级的快速精密定位和定轨的要求,这在GPS(准)实时应用与服务中具有很好的应用前景.     

实时GNSS地震仪系统实现及精度分析

高频GNSS数据实时精密单点定位(RTPPP)可实时获得地表瞬时动态形变和地震波信号,为地震参数快速确定、地震快速响应及海啸预警提供实时的观测资料.本文构建了实时GNSS地震仪系统,主要包括RTPPP和实时探测两部分.利用RTPPP 方法处理了模拟的震动实验平台实验数据和2010年Baja California地震的数据,并与惯导(IMU)、事后PPP和差分相对定位结果比较,定量评估了实时GNSS地震仪系统的精度.结果表明,该系统可实现水平方向优于1cm,高程方向优于3cm的实时定位,且对Baja California地震的实时探测结果与南加州地震数据中心公布的结果相一致.     

高频GPS单历元精密定位及GPS地震学的研究进展

本文综述了高频GPS单历元精密定位的发展历史、数据处理、恒星日滤波和空间滤波、以及观测精度和噪声特点,并着重介绍了由此衍生的GPS地震学的发展状况.随着观测技术和单历元数据处理方法的不断提高,特别是多系统GNSS(GPS、GLONASS、Galileo和BEIDOU)的融合以及卫星轨道和卫星钟差改正等高精度定位产品的实时发布,高频GPS精密定位技术将在地震科学领域的应用迎来广阔的发展前景.     

基于实时精密单点定位技术的暴雨短临预报

提出了一种将实时精密单点定位(Precise Point Positioning, PPP)技术用于暴雨短临预报的新方法.该方法首先基于GPS连续运行参考站网(Continuously Operating Reference Stations, CORS)实时估计的精密卫星钟差完成PPP解算,再以实时获取的对流层延迟(Zenith Tropospheric Delay, ZTD)及其增量变化为依据进行暴雨短临预报.研究结果表明:一般雷暴天气来临之前的2~6 h,ZTD增量表现为先后突破±5 mm/5 min,且后续记录到的实际降水量大小与ZTD维持在高水平阶段的时间长短有较好的对应关系;就热带气旋而言,在强风作用下,ZTD增量变化表现的异常活跃和复杂,规律性较弱,但对短临预报强降雨仍有一定的指示作用.     

PANDA软件在新疆GNSS数据处理中的应用

应用PANDA软件,结合IGS中心发布的精密星历、精密钟差,对新疆GNSS数据进行精密单点定位处理。研究发现,PANDA解算结果的平均重复精度东西向为2.4 mm,北南向为1.3mm,垂直向为4.0mm。得出,PANDA软件的应用具有较高的实用价值和推广价值。     

快速精密星历替代精密星历定位的初步研究

由于GPS精密定位所需的IGS精密星历要在两周以后才能得到,因而利用两天后即可得到的快速精密星历、12小时后得到的超快速精密星历代替精密星历是GPS应用于地震短临预测的一个重要条件。本文利用北京市全球定位综合应用服务系统中五个GPS连续观测站一年半的数据,分别用三种星历进行精密定位计算,得到了小规模网中快速精密星历一般可以代替精密星历进行精密定位计算的结果。     

精密单点定位整周模糊度快速固定

提出利用GPS参考网估计电离层延迟、卫星相位偏差的算法,用于实现区域内精密单点定位(Precise Point Positioning, PPP)的整周模糊度快速固定.利用站间距约为100~200 km的参考网进行实验,结果表明:电离层延迟的内插和外推精度均优于1 dm,卫星相位偏差估值的日内变化不超过0.2周;此外,单天内不同时刻始,固定PPP整周模糊度所需时长最多不超过10 min,且当模糊度成功固定后,三维位置解较之相应浮点解的精度改善优于80%.新算法可望解决PPP普遍存在的收敛时间过长问题,增强了PPP技术的实用性.     

基于拟准检定的实时单站GPS提取同震速度的改进算法研究

提出了一种基于拟准检定的实时单站GPS载波相位观测数据历元间差分提取同震速度的改进算法.改进算法将实时高频历元差分数据质量控制作为同震速度准确提取的重要保障,对原始高频数据中的小周跳和粗差十分敏感,且能够有效地估计小周跳和粗差,从而抵抗它们对同震速度估计的不良影响;另外,改进算法还简化了数据处理流程,也使得利用广播星历单站提取同震速度、监测地震形变的算法更为稳健.选取了2011年3月11日日本大地震距离震中140 km的MIZU站1 Hz高频GPS观测数据和广播星历来测试改进算法.结果表明：拟准检定法具有更好的小周跳与粗差自动定位和估计性能,改进算法利用广播星历求得的同震速度与事后动态精密单点定位结果表现出很好的一致性.     

基于DORIS数据的JASON-2卫星精密定轨分析

高精度的卫星轨道确定是卫星应用的基础和保证,本文以新一代DORIS接收机观测数据DORIS 3.0的相位观测数据为基础,研究了相位观测数据与传统的DORIS距离变化率数据的转换方法,并以JASON-2卫星为例,基于卫星动力学定轨原理,分析了不同数据类型、不同定轨方案得到的卫星轨道精度.结果表明,1)利用3天弧段的DORIS 2.2格式距离变化率数据和数据文件提供的相位中心偏差改正,或者采用模型对天线相位中心偏差进行改正并同时对地面测站进行偏心改正时,两种方案得到的轨道三维位置精度基本一致,均优于8.7cm,说明新一代DORIS接收机相位中心稳定,变化较小,采用模型进行偏差修正完全能够满足定轨精度要求.2)采用3.0格式的DORIS数据以及天线相位中心偏差修正模型和地面测站偏心改正模型时,得到的卫星定轨精度略有降低,大约为9.2cm;SLR校核残差约为6.5cm(均方根误差).3)采用2.2和3.0两种格式的DORIS数据,利用不同的定轨方案对JASON-2卫星进行精密定轨,均可以达到2cm左右的径向定轨精度,不同的定轨方案对径向定轨精度的影响可忽略不计.因此,对于最关心卫星径向定轨精度的海洋测高卫星而言,采用本文的数据格式转换方法和定轨方案,完全可以满足其定轨任务需求.     

Preliminary assessment of the navigation and positioning performance of BeiDou regional navigation satellite system

BeiDou regional navigation satellite system(BDS)also called BeiDou-2 has been in full operation since December 27,2012.It consists of 14 satellites,including 5 satellites in Geostationary Orbit(GEO),5 satellites in Inclined Geosynchronous Orbit(IGSO),and 4 satellites in Medium Earth Orbit(MEO).In this paper,its basic navigation and positioning performance are evaluated preliminarily by the real data collected in Beijing,including satellite visibility,Position Dilution of Precision(PDOP)value,the precision of code and carrier phase measurements,the accuracy of single point positioning and differential positioning and ambiguity resolution(AR)performance,which are also compared with those of GPS.It is shown that the precision of BDS code and carrier phase measurements are about 33 cm and 2 mm,respectively,which are comparable to those of GPS,and the accuracy of BDS single point positioning has satisfied the design requirement.The real-time kinematic positioning is also feasible by BDS alone in the opening condition,since its fixed rate and reliability of single-epoch dual-frequency AR is comparable to those of GPS.The accuracy of BDS carrier phase differential positioning is better than 1 cm for a very short baseline of 4.2 m and 3 cm for a short baseline of 8.2 km,which is on the same level with that of GPS.For the combined BDS and GPS,the fixed rate and reliability of single-epoch AR and the positioning accuracy are improved significantly.The accuracy of BDS/GPS carrier phase differential positioning is about 35 and 20%better than that of GPS for two short baseline tests in this study.The accuracy of BDS code differential positioning is better than 2.5 m.However it is worse than that of GPS,which may result from large code multipath errors of BDS GEO satellite measurements.     

日本熊本MW7.0地震同震位移场和震源滑动模型反演

利用2016年4月16日日本熊本M_W7.0地震震中周围94个近场强震动台的观测资料和新近改进的强震经验基线校正方法SMBLOC,尝试解算并绘制了一个内陆M7左右走滑型地震的同震位移场全貌,并反演了其震源滑动模型.与日本国土地理院(GSI)公布的该地震57个GPS同震位移结果的比较显示,两种完全不同资料、不同解算方法给出的水平同震位移场的最大幅值均为100 cm左右,均呈右旋走滑为主兼具部分正断分量的震源机制.强震最大水平和垂直永久位移分别为104.5 cm和58.0 cm, 分别出现在震中东北侧的KMMH162台和KMM005台.两种资料单独以及联合反演的震源滑动模型均表明,此次地震为北东侧破裂为主并呈双事件特征,且主要滑动均不在初始破裂点附近, 而是集中于第二次事件周围,即距离初始破裂点东北侧约20 km处的走向长约40 km、倾向宽约20 km的范围内.基于强震和GPS模型所得的最大滑动量分别为5.10 m和5.87 m,量级一致,反演矩震级均为M_W7.1左右;主破裂区近地表滑动量比野外调查结果略微偏大,可能与数值效应有关.此外,还利用不同方法得到的解算结果比较了熊本地震特有的12组台间距在3 km以内的GPS-强震台站对各自的三分量同震位移,其结果表明对于M7左右的地震而言,SMBLOC方法解算同震位移时方向和幅值的可靠性下限约为2 cm.      

芦山7级地震的同震位移估计和震源滑动模型反演尝试

利用自动经验基线校正方法,分析2013年4月20日芦山M_S7.0级地震13个近场强震动台的观测资料,以估算同震位移场分布,并据此反演了震源滑动模型.经与GPS结果比较,两种不同方法给出的芦山7级地震的水平近场同震位移场幅度都不超过cm级,均显示为典型的逆冲型地震（兼有少量左旋走滑错动）.强震最大水平和垂直永久位移分别为4.9 cm和4.4 cm,分别出现在51YAM台和51QLY 台.两种资料反演的震源滑动模型虽显示多事件特征,但主要滑动均集中在第一次事件,即初始滑动点两侧的走向长约30 km、倾向长约25 km的相对集中的较小范围内,强震和GPS模型的最大滑动量分别为1.14 m和1.09 m,较为一致.其余子事件滑动量小且分布零散,不能排除其数值效应的因素.反演矩震级均在M_w6.7左右,地表破裂应该不明显.文章还讨论了目前在我国利用近场强震动记录估计M_w6~7级地震同震位移场存在的困难和问题,为今后类似工作提供参考.     

一种能实现单频PPP-RTK的GNSS局域参考网数据处理算法

全球范围内大量布设的GNSS(Global Navigation Satellite System)参考网为精密定位、导航和授时等应用提供了丰富的数据资源.基于局域参考网,先后发展了若干侧重实现双频精密定位的技术,如NRTK(Network Real Time Kinematic),PPP(Precise Point Positioning)和PPP-RTK等.其中,PPP-RTK融合了NRTK和PPP的技术优势,是目前相关研究的热点.本文改进了利用局域参考网提取各类改正信息的算法,以便于实现单频PPP-RTK,具体步骤包括:1)逐参考站实施非组合PPP,并固定已知站星距和卫星钟差,预估电离层延迟、浮点模糊度等参数;2)联合所有参考站的PPP模糊度预估值,通过重新参数化,形成一组双差整周模糊度和接收机、卫星相位偏差;3)固定双差整周模糊度,精化求解卫星相位偏差和各参考站PPP电离层延迟.基于网解中用到的卫星轨道和钟差,以及网解所提供的卫星相位偏差和(内插的)电离层延迟,参考网内的单频流动站即可实施PPP-RTK.基于澳大利亚某连续运行参考站网和流动站的实测数据,考察了:1)参考网数据处理中,双差模糊度的固定成功率(98.89%)和卫星相位偏差估值的时间稳定性(各连续弧段优于0.2周);2)流动站处电离层延迟的内插精度(优于10cm);3)单天内任一历元起算,固定静态(动态)单频PPP整周模糊度所需时长(均不超过10min);4)模糊度固定前后,单频动态PPP的定位精度(模糊度固定后,平面和天顶RMS分别优于5cm和10cm;模糊度固定前,相应RMS仅为28~53cm).     

汶川大地震前后GPS观测的精密单历元解得到的震区地壳运动

利用BERNESE软件的单历元观测值双差定位功能,获取了接近2008年5月12日汶川Ms8.0大地震震中5个GPS观测站(PIXI,CHDU,JYAN,NEIJ和LUZH站)震前的短临位移过程及震后短时间的位移.通过拟合和对比分析,讨论了单历元解的精度.计算结果表明,以YANC站为固定站,LUZH站震前5月9日N(南北...