LEO增强的GPS、Galileo、BDS-3非差PPP模糊度固定性能分析

本文主要研究了GPS、Galileo、北斗三号(BeiDou-3 Global Satellite Navigation System,BDS-3)的未校准相位延迟(uncalibrated phase delays,UPD)稳定性以及低地球轨道(low earth orbit,LEO)增强的非差精密单点定位(precise point positioning,PPP)模糊度固定.基于全球分布的126个测站2022年001—007共一周的观测数据进行GPS、Galileo、BDS-3的UPD估计分析.宽巷UPD每天作为一组常数估计，窄巷UPD每15 min作为一组常数估计.结果表明：宽巷UPD在一周之内具有较好的稳定性，平均标准差小于0.05周；窄巷UPD在一天之内具有较好的稳定性，平均标准差小于0.06周.使用估计的UPD产品进行PPP模糊度固定并对其性能进行分析，GPS、Galileo、 BDS-3各系统静态PPP的平均收敛时间分别由20.75 min、 23.78 min、 30.60 min缩短至10.69 min、18.27 min、24.80 min；平均模糊度固定率分别为...     

区域参考站网支撑的PPP和RTK一体化服务及其性能

GNSS区域参考站网可为大范围PPP和RTK终端用户提供快速精密定位服务,然而不同技术体制下的误差影响因素及服务模式不同,服务端数据处理方法及终端定位性能也会有所差异。本文在实现参考站非差模糊度固定的基础上,给出了基于区域参考站网的PPP及RTK一体化服务方法,并对两种技术体制的终端定位效果进行了全面评估。采用西北某省站间距约100 km的CORS站网数据进行试验分析,结果表明,采用区域参考站网解算的整数钟/UPD产品进行PPP固定解动态定位时精度较高,水平方向RMS可达0.5 cm,区域大气改正数可以显著提升定位终端的初始化速度,对于PPP和RTK,60.0%和87.7%的时段单历元即可得到固定解。需要注意的是,基于VRS模式的RTK定位等价于大气强约束,在大气建模精度较差时定位精度会显著下降,而采用虚拟大气约束的PPP-RTK定位精度几乎不受影响。     

BDS静态精密单点定位模糊度固定解精度分析

针对BDS单系统未校准相位延迟(UPD)估计以及不同时长精密单点定位(PPP)模糊度固定对定位精度影响的问题,该文选取56个测站估计UPD,利用未参与UPD计算的8个测站进行不同时长BDS静态PPP模糊度固定实验。结果表明:BDS星间单差宽巷和窄巷UPD在连续时段内具有一定的稳定性,其估计精度满足用于PPP模糊度固定要求。时长越短模糊度固定率越低。以IGS周解为参考值,不同时长模糊度固定解较浮点解三维定位精度均提高12%以上,时长越短模糊度固定解精度提高越显著。因此,模糊度固定是提高BDSPPP定位精度的重要手段。     

联合GEO/IGSO/MEO的北斗PPP模糊度固定方法与试验分析

由于北斗地球静止轨道（geostationary earth orbiting,GEO）卫星轨道精度较低且其观测值受多路径误差和伪距偏差影响严重,目前各分析中心尚未针对北斗GEO卫星提供长期稳定的相位小数偏差（uncalibrated phase delay,UPD）产品,北斗精密单点定位（precise point positioning,PPP）模糊度固定技术研究主要针对倾斜轨道（inclined geosynchronous orbiting,IGSO）和中地球轨道（medium earth orbiting,MEO）卫星。本文采用Wanninger和Beer的高度角模型消除了IGSO/MEO观测值伪距偏差,并通过小波变换提取低频分量修正伪距观测值的方法削弱了GEO卫星多路径和伪距偏差的影响。由于窄巷UPD估值受未模型化误差影响较大,本文改进了窄巷UPD估计的策略,该策略利用上一历元成功估计的窄巷UPD对当前历元的浮点模糊度进行改正,剔除了残差较大的浮点模糊度,修正固定错误的整周模糊度,从而提高了窄巷UPD的精度和稳定性。利用估计得到的UPD产品,本文实现了联合GEO、IGSO和MEO卫星的北斗非差PPP模糊度固定,并对其定位性能进行分析。结果表明：联合GEO、IGSO和MEO卫星的PPP固定解的首次固定时间和收敛时间均可以缩短到30 min以内;6 h后的E、N、U方向的定位误差由（1.35、0.35、2.75）cm减少到（1.07、0.26、2.24）cm,分别减少了20%、27%和18%。     

星间单差精密单点定位部分模糊度固定方法

针对传统的精密单点定位(PPP)技术由于收敛速度慢、获取高精度位置信息所需时间较长而无法满足用户对于快速高精度定位的需求的问题,该文采用了单差小数周偏差(FCB)产品固定模糊度的方法,以及部分模糊度固定的固定策略,来达到最优化使用固定解的PPP.通过对测站的数据的静态和仿动态实验分析验证,结果表明,进行部分模糊度固定的固定解定位精度要优于使用模糊度浮点解进行PPP得到的实数解的定位精度,收敛速度也有提升;而且相比于全模糊度固定策略,部分模糊度固定策略可以提升模糊度的历元固定率,使更多的固定模糊度的卫星可以参与定位,提升了定位的精度和收敛速度.     

针对消电离层组合FCB的非组合PPP部分模糊度固定方法

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%。     

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%。     

3种PPP模型的统一模糊度固定方法

精密单点定位(PPP)的模糊度经未校准硬件延迟小数部分(FCB)产品改正后,可恢复整周特性,能够显著缩短PPP的初始化时间。然而由于用户端模糊度固定模型需与服务端FCB产品保持一致,不仅造成了用户端面临不同FCB产品无法使用的问题,而且加重了服务端的链路传输压力。本文提出一种基于用户端3种PPP模型(消电离层组合、无电离层约束的非组合以及先验电离层约束的非组合模型)的统一模糊度固定方法,不同用户端可采用同一种FCB产品实现模糊度的快速固定。选取全球116个MGEX测站作为服务端生成3种FCB产品,选取未参与服务端解算的50个测站作为用户端进行验证。试验结果表明,本文方法解决了用户端面临不同FCB产品的PPP模糊度固定问题,在定位精度、收敛时间、固定率方面与传统方法保持一致。     

GNSS载波相位整数等变估计及其PPP性能提升算法

精密单点定位技术能够提供全球高精度定位结果,其主要技术瓶颈在于定位收敛时间长,载波相位模糊度固定技术是加快PPP收敛速度、改善定位精度的主要手段之一。模糊度固定的可靠性问题在PPP定位中尤为突出,因为模糊度浮点解质量取决于服务端产品质量、接收机噪声特性和观测环境等多种因素,所以高可靠PPP模糊度固定技术仍然充满巨大挑战。为了保障PPP定位的可靠性,本文将最优整数等变估计(best integer equivariant,BIE)引入PPP模糊度估计过程中。BIE法利用GNSS模糊度整数解加权融合以获得最优的浮点模糊度估计值,可有效降低模糊度错误固定风险,同时又利用了模糊度整数解信息来提升模糊度估值精度,从而提升PPP定位精度,缩短模糊度收敛时间。本文选取了105个全球分布的MGEX测站对BIE估计PPP模糊度的性能进行验证,试验结果表明,与模糊度固定解相比,采用BIE估计PPP模糊度能够进一步改善坐标三分量(东、北、垂向)定位性能,收敛时间分别减少了37%、28%与31%,收敛后定位精度分别提高了9%、8%和3%。此外,BIE估计PPP模糊度定位结果的毛刺和阶跃现象更少。     

实时模式下UPD产品计算及PPPAR定位性能分析

针对目前实时精密单点定位(PPP)收敛速度还相对较慢的问题，该文提出了一种适用于实时模式的宽巷及窄巷相位小数偏差(UPD)估计算法。采用180个全球均匀分布的多模实验跟踪网(MGEX)站，分析了基于实时轨道钟差产品进行实时UPD解算及实时精密单点定位模糊度固定(PPPAR)定位的可行性。实验结果表明，GPS和BDS-3的相邻两天宽巷UPD相减所得偏差的均值以及标准差基本上在0.025周左右，因此采用宽巷UPD预报值进行后续解算是可靠的。GPS浮点PPP和PPPAR定位结果表明，PPPAR的定位误差相较于浮点解PPP在E、N、U方向分别提升了36.4%、25.0%和22.2%,定位收敛时间也从31.9 min下降到24.8 min。GPS+BDS-3的PPPAR定位结果表明，定位时加入BDS-3可以缩短PPPAR的首次固定时间，最终的三维定位误差也从单GPS系统的2.55 cm下降到了GPS+BDS-3的2.17 cm。基于实时模式UPD解算和PPPAR定位实验结果表明，该文提出的UPD实时估计算法是可靠的，估计出的实时UPD产品应用于PPPAR可以获得较好的定位效果。