GLONASS频间码偏差实时估计方法及其在RTK定位中的应用

GLONASS伪距频间偏差难以利用经验模型消除。在RTK定位解算中,尤其是需顾及大气延迟的中长距离异质基线,IFCB会降低模糊度收敛速度,甚至导致模糊度固定错误。本文基于双差HMW组合和消电离层组合,提出一种站间IFCB实时估计算法,实时获取各频段的非组合站间单差IFCB。试验结果表明,站间IFCB长期稳定,可达数个纳秒;在GPS/GLONASS观测值先验误差比值为3：5的条件下,未改正的IFCB可能导致基线GPS/GLONASS组合RTK定位性能比单GPS差。将本文提出算法应用于RTK定位,能够有效消除IFCB的影响,RTK模糊度浮点解精度、定位收敛速度和固定率都有明显改善,部分基线的RTK定位首次固定时间从9.2 s提高到2.1 s,固定解比率从84.5%提高到97.9%。     

零基线约束的参考站间模糊度固定方法研究

论文提出一种GNSS零基线约束的参考站间模糊度快速固定方法,该方法基于“一天线+双接收机”设计进行参考站间模糊度固定。首先,利用两个参考站四台接收机观测值形成四对参考站间无电离层组合双差观测值。其次,结合无电离层组合观测值模糊度和宽巷整周模糊度进行卡尔曼滤波和N1模糊度实数解计算。然后在模糊度域内进行线性变换,单历元固定零基线模糊度;利用零基线模糊度约束解算四组参考站间模糊度中的一组模糊度。最后,利用固定的模糊度还原所有原始双差整周模糊度。实验证明:与传统参考站间模糊度固定方法比,充分利用了零基线模糊度固定的约束条件进行参考站间模糊度固定,加快了模糊度收敛速度,极大地提高了模糊度固定的速度和成功率。      

北斗三频宽巷组合网络RTK单历元定位方法

利用三频超宽巷/宽巷模糊度波长较长从而易于固定的优势,提出了一种基于北斗三频宽巷组合的网络RTK单历元定位方法。数据处理中心利用基准站实时生成并播发包含双差对流层和电离层延迟改正信息的虚拟观测值;用户站利用载波、伪距组合及分步解算的TCAR方法基于单个卫星对、单历元可靠固定两个超宽巷或宽巷模糊度。最后利用已固定模糊度且噪声最小的宽巷观测值和内插得到的大气延迟改正进行实时动态定位解算。试验结果表明,对于本文提出的网络RTK单历元定位方法,用户站宽巷模糊度单历元解算准确率高于99.9%,统计的定位中误差平面为3~4cm,高程方向约为5cm。     

单站多参数GLONASS码频间偏差估计及其对组合精密单点定位的影响

在分析传统GPS/GLONASS组合PPP数学模型中忽略GLONASS码IFB不足的基础上,提出一种基于"多参数"的组合PPP与码IFB估计算法。将"频间偏差"与"系统时差"参数进行合并,通过引入多个独立的"时频偏差"参数对组合PPP中的GLONASS码IFB进行函数模型补偿,同时可实现基于单个测站观测数据的码IFB精确估计。对配备6种GNSS品牌接收机的30个IGS站实测数据进行GLONASS码IFB估计与分析。结果表明:各品牌接收机不同频率通道的GLONASS码IFB可达数米,且表现出与频率的明显相关性,但难以通过简单函数建模为其提供精确的先验改正值;相同品牌接收机的GLONASS码IFB整体上具有相似的特性,而在个别测站会表现出异常特征;即使接收机类型、固件版本及天线类型完全相同的测站,GLONASS码IFB值也可能存在显著差异。新算法能实现对GLONASS码IFB的有效补偿,明显加快组合PPP的收敛速度。虽然引入多个附加参数会导致函数模型自由度减小,但对定位精度的影响有限,与传统"单参数"法进行组合PPP的定位精度相当。     

信噪比的GNSS宽巷模糊度单历元固定算法

针对常规GNSS解算模糊度存在的问题,该文提出了一种新的GNSS宽巷模糊度单历元求解算法。利用单历元双频码伪距观测值和载波相位观测值得到双差宽巷模糊度浮点解,将所有浮点宽巷模糊度分别向上、向下取整建立模糊度搜索空间;将模糊度空间中的所有备选组合代入双差宽巷观测方程中进行最小二乘解算,其中单位权中误差最小的组合就是最优的宽巷模糊度组合;然后对最优组合进行正确性检验以确定宽巷模糊度。确定宽巷模糊度后,可以利用宽巷观测值和载波观测值求出基础模糊度整周解。实验表明,该文提出的模糊度固定方法具有较高的成功率和可靠性,静态数据中模糊度固定成功率达到98.84%,动态数据中模糊度固定成功率达到了99.60%。     

信噪比的GNSS宽巷模糊度单历元固定算法

针对常规GNSS解算模糊度存在的问题,该文提出了一种新的GNSS宽巷模糊度单历元求解算法。利用单历元双频码伪距观测值和载波相位观测值得到双差宽巷模糊度浮点解,将所有浮点宽巷模糊度分别向上、向下取整建立模糊度搜索空间;将模糊度空间中的所有备选组合代入双差宽巷观测方程中进行最小二乘解算,其中单位权中误差最小的组合就是最优的宽巷模糊度组合;然后对最优组合进行正确性检验以确定宽巷模糊度。确定宽巷模糊度后,可以利用宽巷观测值和载波观测值求出基础模糊度整周解。实验表明,该文提出的模糊度固定方法具有较高的成功率和可靠性,静态数据中模糊度固定成功率达到98.84%,动态数据中模糊度固定成功率达到了99.60%。     

信噪比的GNSS宽巷模糊度单历元固定算法

针对常规GNSS解算模糊度存在的问题,该文提出了一种新的GNSS宽巷模糊度单历元求解算法。利用单历元双频码伪距观测值和载波相位观测值得到双差宽巷模糊度浮点解,将所有浮点宽巷模糊度分别向上、向下取整建立模糊度搜索空间;将模糊度空间中的所有备选组合代入双差宽巷观测方程中进行最小二乘解算,其中单位权中误差最小的组合就是最优的宽巷模糊度组合;然后对最优组合进行正确性检验以确定宽巷模糊度。确定宽巷模糊度后,可以利用宽巷观测值和载波观测值求出基础模糊度整周解。实验表明,该文提出的模糊度固定方法具有较高的成功率和可靠性,静态数据中模糊度固定成功率达到98.84%,动态数据中模糊度固定成功率达到了99.60%。     

信噪比的GNSS宽巷模糊度单历元固定算法

针对常规GNSS解算模糊度存在的问题,该文提出了一种新的GNSS宽巷模糊度单历元求解算法。利用单历元双频码伪距观测值和载波相位观测值得到双差宽巷模糊度浮点解,将所有浮点宽巷模糊度分别向上、向下取整建立模糊度搜索空间;将模糊度空间中的所有备选组合代入双差宽巷观测方程中进行最小二乘解算,其中单位权中误差最小的组合就是最优的宽巷模糊度组合;然后对最优组合进行正确性检验以确定宽巷模糊度。确定宽巷模糊度后,可以利用宽巷观测值和载波观测值求出基础模糊度整周解。实验表明,该文提出的模糊度固定方法具有较高的成功率和可靠性,静态数据中模糊度固定成功率达到98.84%,动态数据中模糊度固定成功率达到了99.60%。     

基于车载移动测量的GNSS定位方法

针对车载移动测量需要高频高精度的动态差分定位解算的问题,文中介绍利用GPS、北斗、GLONASS三个卫星导航系统进行载波相位动态差分的解算方法。首先利用双频观测值组成双差宽巷观测方程,利用M-W组合求出较高精度的宽巷模糊度浮点解,然后对宽巷模糊度进行搜索固定;接着对载波双差的基础模糊度进行搜索固定;最后将固定的模糊度代入载波相位双差观测方程,利用最小二乘求解测站坐标。文中使用该方法对车载GNSS实测数据进行解算,最终可得到厘米级别的定位结果。     

BeiDou B2/Galileo E5b短基线紧组合相对定位模型及性能评估

随着GPS和GLONASS系统的现代化以及Galileo和BeiDou卫星导航系统的建设,GNSS正朝多频多系统的方向发展。本文对BeiDou B2/Galileo E5b短基线紧组合相对定位的模型与算法进行了研究,详细推导了BeiDou B2/Galileo E5b短基线紧组合相对定位的模型与算法,并对其定位性能进行了分析。重点分析了BeiDou B2与Galileo E5b频点的接收机间差分系统间偏差的长期稳定性,结果表明:基线两端的接收机类型(包括固件版本)相同时,差分系统间偏差接近于0;基线两端的接收机类型不同时,差分系统间偏差较大,但具有长期稳定性,因此能够事先标定并作为改正数用于后续的定位中。最后基于BeiDou B2/Galileo E5b单频单历元相对定位试验对系统间紧组合模型的定位效果进行了比较验证。结果表明,相对于传统的松组合模型,使用改正系统间偏差的紧组合模型能够显著提高模糊度固定的成功率,尤其是在遮挡比较严重、单系统可观测到的卫星数较少的情况下,模糊度固定成功率可以提高10%~25%。     

Rapid PPP ambiguity resolution using GPS+GLONASS observations

Integer ambiguity resolution (IAR) in precise point positioning (PPP) using GPS observations has been well studied. The main challenge remaining is that the first ambiguity fixing takes about 30 min. This paper presents improvements made using GPS+GLONASS observations, especially improvements in the initial fixing time and correct fixing rate compared with GPS-only solutions. As a result of the frequency division multiple access strategy of GLONASS, there are two obstacles to GLONASS PPP-IAR: first and most importantly, there is distinct code inter-frequency bias (IFB) between satellites, and second, simultaneously observed satellites have different wavelengths. To overcome the problem resulting from GLONASS code IFB, we used a network of homogeneous receivers for GLONASS wide-lane fractional cycle bias (FCB) estimation and wide-lane ambiguity resolution. The integer satellite clock of the GPS and GLONASS was then estimated with the wide-lane FCB products. The effect of the different wavelengths on FCB estimation and PPP-IAR is discussed in detail. We used a 21-day data set of 67 stations, where data from 26 stations were processed to generate satellite wide-lane FCBs and integer clocks and the other 41 stations were selected as users to perform PPP-IAR. We found that GLONASS FCB estimates are qualitatively similar to GPS FCB estimates. Generally, 98.8% of a posteriori residuals of wide-lane ambiguities are within \(\pm 0.25\) cycles for GPS, and 96.6% for GLONASS. Meanwhile, 94.5 and 94.4% of narrow-lane residuals are within 0.1 cycles for GPS and GLONASS, respectively. For a critical value of 2.0, the correct fixing rate for kinematic PPP is only 75.2% for GPS alone and as large as 98.8% for GPS+GLONASS. The fixing percentage for GPS alone is only 11.70 and 46.80% within 5 and 10 min, respectively, and improves to 73.71 and 95.83% when adding GLONASS. Adding GLONASS thus improves the fixing percentage significantly for a short time span. We also used global ionosphere maps (GIMs) to assist the wide-lane carrier-phase combination to directly fix the wide-lane ambiguity. Employing this method, the effect of the code IFB is eliminated and numerical results show that GLONASS FCB estimation can be performed across heterogeneous receivers. However, because of the relatively low accuracy of GIMs, the fixing percentage of GIM-aided GPS+GLONASS PPP ambiguity resolution is very low. We expect better GIM accuracy to enable rapid GPS+GLONASS PPP-IAR with heterogeneous receivers.     

基于部分固定策略的多系统长距离基准站间模糊度快速解算

基准站间整周模糊度的快速准确固定是实现网络RTK高精度快速定位的前提。对于GPS/GLONASS/BDS组合系统长基线,模糊度维数大幅度增加,加之观测噪声、大气残余误差等因素的影响,很难快速准确地固定所有模糊度,尤其是低高度角卫星模糊度。提出了一种基于部分固定策略的GPS/GLONASS/BDS组合网络长基线部分模糊度快速解算方法,以截止高度角、模糊度固定成功率以及Ratio值为主要参数,优选模糊度固定子集,以实现长距离基准站间模糊度快速固定。通过实测GPS/GLONASS/BDS三系统长基线数据的实验验证,部分模糊度固定方法可有效避免低高度角卫星对模糊度固定的影响,从而显著提高模糊度固定时的成功率及Ratio值,缩短长距离基准站间模糊度准确固定所需的时间。     

GLONASS phase bias estimation and its PPP ambiguity resolution using homogeneous receivers

Integer ambiguity resolution (IAR) appreciably improves the position accuracy and shortens the convergence time of precise point positioning (PPP). However, while many studies are limited to GPS, there is a need to investigate the performance of GLONASS PPP ambiguity resolution. Unfortunately, because of the frequency-division multiple-access strategy of GLONASS, GLONASS PPP IAR faces two obstacles. First, simultaneously observed satellites operate at different wavelengths. Second and most importantly, distinct inter-frequency bias (IFB) exists between different satellites. For the former, we adopt an undifferenced method for uncalibrated phase delay (UPD) estimation and proposed an undifferenced PPP IAR strategy. We select a set of homogeneous receivers with identical receiver IFB to perform UPD estimation and PPP IAR. The code and carrier phase IFBs can be absorbed by satellite wide-lane and narrow-lane UPDs, respectively, which is in turn consistent with PPP IAR using the same type of receivers. In order to verify the method, we used 50 stations to generate satellite UPDs and another 12 stations selected as users to perform PPP IAR. We found that the GLONASS satellite UPDs are stable in time and space and can be estimated with high accuracy and reliability. After applying UPD correction, 91 % of wide-lane ambiguities and 99 % of narrow-lane ambiguities are within (?0.15, +0.15) cycles of the nearest integer. After ambiguity resolution, the 2-hour static PPP accuracy improves from (0.66, 1.42, 1.55) cm to (0.38, 0.39, 1.39) cm for the north, east, and up components, respectively.     

北斗中长基线三频模糊度解算的自适应抗差滤波算法

针对经典TCAR(three carrier ambiguity resolution)算法受电离层延迟及测量噪声的影响,在中长基线下难以正确固定模糊度的问题,提出一种顾及电离层延迟影响并具有良好自适应抗差特性的改进TCAR算法。在无几何TCAR模型的基础上,通过对模糊度固定的超宽巷进行线性组合得到电离层延迟,再求解宽巷模糊度,通过构造最优组合观测量后用自适应抗差滤波求解窄巷模糊度,以提高窄巷模糊度固定正确率,减小粗差的不利影响。试验结果表明,改进TCAR算法可保证较高的宽巷模糊度固定正确率,有效提高了窄巷模糊度固定正确率,并具有良好抵抗粗差的能力。     

长基线GLONASS模糊度固定方法及实验分析

格洛纳斯（Global Navigation Satellite System,GLONASS）采用了频分多址技术,接收机在接收不同卫星信号时会产生频间偏差,阻碍了GLONASS长基线模糊度固定,限制了其定位定轨的精度。提出了一种新的GLONASS模糊度固定方法。该方法基于全球电离层格网产品,根据频间偏差率的变化范围,采用搜索的方法和线性模型去除相位频间偏差对宽窄巷模糊度的影响,实现了GLONASS无电离层组合模糊度固定。利用平均基线长度为763 km的全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）服务站实验网数据对该方法进行分析,结果表明:连续30 d内,模糊度固定成功率最高为95.4%,最低为88.8%,平均为93.45%;模糊度固定后,北（north,N）、东（east,E）、高（up,U）各分量重复性和均方根误差（root mean square er-ror,RMSE）值均得到不同程度的改善,E分量重复性和RMSE值分别改善了20%和14%,改善效果最为明显。     

北斗伪距码偏差对基线解算的影响分析

北斗二代系统伪距码中存在与高度角相关的系统性偏差,该偏差会影响高精度的数据处理。基于Melbourne-Wübbena（MW）组合,分别利用现有的伪距码偏差改正模型和实测基线的双差宽巷模糊度残差,分析了伪距码偏差对基线解算的影响。理论分析表明,随着基线长度的增加,伪距码偏差对MW组合确定双差宽巷模糊度的影响越来越大,对300 km基线的影响可达0.36周。实际算例表明,无论基线长短,地球同步轨道（geostationary earth orbit,GEO）卫星的双差宽巷模糊度残差中始终存在偏差;而对于倾斜地球同步轨道（inclined geostationary orbit,IGSO）和中轨（medium earth orbit,MEO）卫星而言,当基线小于300 km时,双差基本可以消除伪距码偏差,其双差宽巷模糊度固定率基本和GPS一致,但当基线超过300 km时,部分卫星的双差宽巷模糊度残差就会存在明显偏差,其双差宽巷模糊度固定率也较低,此时需考虑伪距码偏差的影响。     

北斗三频电离层延迟及码硬件延迟解算方法

准确固定非差模糊度是利用相位观测量获取高精度电离层延迟的关键。三频观测条件下常规的处理策略需依次固定超宽巷、宽巷以及窄巷模糊度,通常利用MW（melbourne-wubbena）组合解算宽巷模糊度时易受到码硬件延迟和观测噪声的影响而固定错误。利用北斗三频数据和GIM（grid ionosphenimap）产品,通过固定的超宽巷模糊度以及构造相位无几何组合解算宽巷模糊度,进而重构得到高精度电离层延迟,并且分离了码硬件延迟总量。结果表明,GIM模型辅助条件下宽巷模糊度固定成功率能达到100%,且消除了系统性偏差;电离层重构值与GIM模型改正值存在约1 m的差异,等效精度约6TECU;分离的码硬件延迟变化平稳,标准偏差不超过0.3 m。     

An enhanced calibration method of GLONASS inter-channel bias for GNSS RTK

A user of heterogeneous GPS and GLONASS receiver pairs in differential positioning mode will experience ambiguity fixing challenges due to the presence of inter-channel biases. These biases cannot be canceled by differencing GLONASS observations, whether pseudorange or carrier phase. Fortunately, pre-calibration of GLONASS pseudorange and carrier phase observations can make ambiguity fixing for GPS/GLONASS positioning much easier. We propose an effective algorithm that transforms an RTK (real-time kinematic) solution in a mixed receiver baseline from a float to a fixed ambiguity solution. Carrier phase and code inter-channel biases are estimated from a zero baseline. Then, GLONASS both carrier phase and code observations are corrected accordingly. The results show that a mixed baseline can be transformed from a float (~100 %) to a fixed (more than 92 %) solution.