非差非组合精密单点定位提取区域电离层延迟及精度评定

电离层延迟是GNSS定位中最难处理,也是很重要的的误差来源之一,目前常用线性组合的方式处理电离层延迟,这些方法都会引入多余噪声,在不同程度上影响了模糊度的整数特性,同时也造成了某些有用数据丢失。本文提出了一种基于非差非组合精密单点定位的方式提取区域参考站电离层延迟的方法,再将提取得到的区域电离层延迟内插至仿用户站,在仿用户站实施单频PPP,最后检验得到定位的精度。实验结果表明:仿用户站单频PPP的定位精度平面方向约为4—5 cm,在高程方向低于1 dm,与全球电离层格网模型和半和改正等模型相比,采用非差非组合的方法提取电离层延迟后的定位精度更高。     

利用精密单点定位求解电离层延迟

利用非组合精密单点定位(PPP)可以提取高精度的电离层延迟。测站多径误差会影响伪距和相位测量精度,影响实时PPP电离层延迟提取的精度以及收敛速度。对于静态观测站,利用对GPS卫星地面跟踪的时间重复性进行恒星日滤波可以消除多径误差的影响。通过事后处理提取前几日的码和载波相位残差序列,利用恒星日滤波建立多径误差改正模型,修正实时观测数据,可以改善实时电离层延迟估计性能。对IGS观测站的实测数据分析表明,应用恒星日滤波多径误差修正后,实时电离层延迟提取的精度由0.185 m提高到0.028 m,新进卫星的电离层参数估计收敛时间由80 min减少为35 min。     

利用非组合精密单点定位提取区域电离层延迟及其精度评定

提出了一种利用非组合精密单点定位(PPP)提取区域电离层延迟的方法,并将区域电离层延迟内插至用户站实施单频仿动态PPP,以检验电离层延迟的提取精度。结果表明,电离层延迟内插精度受电离层活动变化影响较小,2 d内均能保证优于1 dm;单频仿动态PPP的定位精度在平面方向约为4~5 cm,高程方向优于1 dm;为便于比较分析,在仿用户站分别采用半和改正模型和全球电离层格网模型实施单频仿动态PPP,其定位精度分别为平面4~7 dm,高程1 m左右。     

基于非组合精密单点定位的区域电离层建模

电离层是地球空间的重要组成部分,电离层延迟是全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)数据处理的重要误差源,电离层的影响主要表现为地面站接收到的卫星载波和伪距信号的附加时延效应,最大可达几十米,精确的电离层模型可以有效提高GNSS单频数据处理的精度。利用GNSS观测值研究电离层,一般采用无几何距离组合的码和相位观测值,使用相位平滑伪距方法得到平滑电离层观测值,但是该方法容易受到伪距多路径和观测噪声的影响,导致电离层估计不准确。因此,先基于非组合精密单点定位(precise point positioning,PPP)提取电离层,利用国际GNSS服务的轨道、钟差等产品,有效减少待估参数个数,提高电离层延迟的估计精度;再使用纬度差和太阳时角差的多项式拟合进行区域电离层建模。利用某省连续运行参考站系统数据提取了天顶方向总电子含量信息进行建模,与PPP解算结果进行比较,在测站天顶方向上的模型值和解算值差异较小(除个别卫星外),可达到2 TECU左右。     

GPS非差非组合精密单点定位算法研究

首先介绍了非差非组合精密单点定位(precise point positioning,PPP)算法,分析了它与传统PPP的差异;处理了300个IGS跟踪站连续7d的数据,分析了接收机伪距硬件延迟偏差(difference code bias,DCB)和先验电离层精度对非差非组合PPP收敛速度的影响。统计结果表明,对于非差非组合PPP,利用IGS提供的全球电离层延迟模型GIM,静态定位精度N/E方向均收敛到10cm以内,估计接收机DCB的PPP平均收敛速度为13.12min,比不估计接收机DCB的PPP快5.36min,与传统的LC PPP相当。在获得高精度电离层先验数据的条件下,估计接收机DCB的非差非组合PPP平面精度收敛10cm的速度约为8.67min,比传统PPP收敛速度平均快约3.26min。     

顾及电离层延迟高阶项改正的精密单点定位

给出了顾及电离层二阶项和三阶项延迟改正的非差精密单点定位(precise point positioning,PPP)模型。利用全球均匀分布的38个IGS跟踪站,对比分析了不同纬度、不同电离层环境下电离层高阶项延迟对GNSS观测值以及静态PPP解算的影响。实验结果表明,电离层高阶项延迟对低纬度地区的静态PPP的定位结果影响最为显著,可达3～5mm;而对高、中纬度的影响则较小,分别为亚mm和mm级水平;且其影响主要体现在南北(N)方向,呈向南偏移的趋势,尤其是在低纬度地区,该分量可达3mm以上,是E方向和U方向的2～3倍。此外,电离层活跃程度对定位结果也有一定影响,其活跃期影响值相对于平静期影响...     

高阶电离层延迟改正对精密单点定位的影响

利用BJFS和SHAO两个测站2016—2017年的观测数据,研究了高阶电离层延迟改正对静态精密单点定位PPP(Precise Point Positioning)的影响。实验结果表明:高阶电离层延迟改正对静态PPP的收敛时间没有影响;高阶电离层延迟改正对PPP定位在N-S方向影响最为显著,出现向南偏移的趋势,对BJFS测站的影响值为0.5～1.5 mm,对SHAO测站的影响值为0.5～3.0 mm;在U-D方向次之,出现垂直方向向上的偏移趋势,对BJFS测站的影响值为-0.5～0.0 mm,对SHAO测站的影响值为-0.5～1.0 mm;在东西(E-W)方向影响最小,对两个测站的影响值都在-0.2～0.2 mm,可以忽略不计;而且随着纬度的增加,对E、N、U这3个方向分量的影响越来越小。     

电离层延迟高阶项对GPS精密单点定位精度影响分析

随着GPS卫星轨道、钟差及各种误差修正模型的不断精化,静态精密单点定位(PPP)定位精度达到mm级,进行电离层延迟高阶项较小量级的误差改正研究,对改进PPP数据处理策略具有重要的参考价值。本文利用分布在不同地理纬度的5个IGS跟踪站3天的观测数据,对比分析了电离层延迟二阶项、三阶项对GPS观测值精度及静态PPP定位精度的影响。分析结果表明,电离层延迟二阶项、三阶项对GPS观测值精度的影响分别为cm级和mm级,对低纬度地区PPP定位精度的影响大于3 mm,但对中高纬度的测站观测值、定位精度的影响比低纬度地区小很多。      

基于相对电离层延迟模型的单频GPS精密单点定位算法研究

分析了单频GPS精密单点定位的特点,提出了先在卫星间求差,再在相邻历元间求差的单频GPS动态定位数学模型,实现了定位坐标的非线性参数估计求解方法。为了降低电离层延迟残差对单频PPP的影响,研究建立了一种相对电离层延迟模型,并基于神经网络理论,实现了相应的算法,通过计算实例进行了精度分析。     

估计接收机差分码偏差的GPS/BDS非组合精密单点定位模型

在传统多系统非差非组合精密单点定位（precise point positioning,PPP）模型中,电离层延迟会吸收部分接收机码硬件延迟,其估计值可能为负数。提出了一种估计接收机差分码偏差（differential code bias,DCB）参数的GPS（Global Positioning System）/BDS（BeiDou Navigation Satellite System）非组合PPP模型,将每个系统第1个频率上的接收机码硬件延迟约束为零,对接收机DCB进行参数估计,达到了分离电离层延迟和接收机码硬件延迟的目的,降低了接收机钟差和电离层延迟的相关程度。利用4个多星座实验（multi-GNSS experiment,MGEX）跟踪站的GPS/BDS数据进行了静态和动态PPP试验,结果表明,与不估计DCB参数的PPP模型相比,采用估计DCB参数PPP模型后,静态模式下定位精度和收敛速度平均提高了29.3%和29.8%,动态模式下定位精度和收敛速度平均提高了15.7%和21.6%。     

同时估计电离层延迟的单频精密单点定位方法

提出一种基于单频码和相位观测量的单频精密单点定位方法,将每个观测量的电离层延迟量与接收机钟差、对流层天顶延迟、接收机位置、相位模糊度一起作为未知参数。采用约化参数的平方根信息滤波与平滑算法进行参数解算。该方法适用于实时定位和事后处理,且不需要外部的电离层模型。采用全球分布的32个IGS监测站16 d实测数据进行静态解算试验,结果表明E、N、U方向的RMS分别为0.023 m、0.018 m、0.059 m;基于一组机载GPS数据进行动态解算试验,得到E、N、U方向的RMS(与载波相位动态相对定位结果比较)分别为0.168 m、0.151 m、0.172 m。     

多GNSS精密单点定位性能分析

在实现BDS/GPS/GLONASS组合精密单点定位的基础上,模拟多种遮挡环境;利用3个MGEX测站的数据进行三系统组合PPP试验;并在可见卫星数、PDOP值、定位精度、收敛时间和定位可用性等方面与GPS单系统PPP进行了比较分析。结果表明:在亚太地区,相比于GPS单系统PPP,三系统组合PPP可见卫星数增加了2~3倍,PDOP值显著减小。动态试验中,在无遮挡环境下,三系统组合PPP相较于GPS PPP收敛时间更短,且收敛后定位精度更高;在遮挡环境下,GPS PPP性能急剧下降,三系统组合PPP较好的保证了定位精度,提高了系统定位可用性。     

多模GNSS融合PPP系统间偏差特性分析

多模全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）精密单点定位（precise point positioning,PPP）存在系统间偏差（inter-system bias,ISB）,构建了顾及系统间偏差的多模GNSS融合PPP算法,对多星座实验（the multi-GNSS experiment,MGEX）监测网中的7个测站观测数据进行静态解算,获得Galileo、GLONASS、北斗与全球定位系统之间的ISB值。分析结果表明,四系统PPP融合定位在水平分量和高程分量的精度分别为8.9 mm、5.3 mm和10.9 mm,体现出较高的融合定位精度。不同系统ISB值在单天内的稳定性较好,均优于0.12 ns。从多天ISB序列看,ISB存在不规律跳变,变化幅度可达近20 ns。不同类型接收机ISB存在一定差异,同一类型接收机结果相近。综合来看,Galileo ISB值最稳定且结果最优,北斗与GLONASS结果相当。     

GPS非差相位精密单点定位算法研究

在VC++开发环境下编写了非差精密单点定位的软件,利用该软件分析了在给定不同初始方差的情况下,对滤波结果的影响,以及采用不同采样率的数据进行计算时,定位精度的比较。实验分析表明:选择合适的初始协方差能使滤波快速的收敛,选择的经验方差能使滤波达到较好的收敛速度,但对滤波稳定后的定位精度没有影响。通过不同采样率数据的定位结果比较证明了高采样率数据的定位精度高于低采样率数据的精度。     

精密单点定位的高阶电离层误差改正研究

描述了高阶电离层误差对精密单点定位(precise point positioning,PPP)的影响公式,并通过实验分析了该误差对PPP静动态定位的影响。数值结果表明,改正电离层高阶项误差可以mm级提高PPP静动态定位精度和缩短动态定位的收敛时间。     

基于原始观测值的单频精密单点定位算法

研究了一种基于GPS原始观测值的单频PPP算法。该算法通过增加电离层延迟先验信息、空间和时间约束的虚拟观测方程,将电离层延迟当作未知参数与其他定位参数一并进行估计来高效修正电离层延迟误差。通过使用全球178个IGS站1d的实测数据对本算法的收敛速度、定位精度和电离层VTEC的精度进行检验与分析。结果表明,该算法的收敛速度和稳定性均得到了改善,其静态单频单天PPP解的精度可达2~3cm、模拟动态单频单天PPP解的精度可达2~3dm,并且单频PPP与双频PPP提取的电离层总电子含量平均偏差小于5个TECU,可作为一种附属定位产品使用。     

BDS/Galileo对多系统精密单点定位贡献分析

使用10个MGEX测站的数据对4种解算模式GPS、GPS/BDS、GPS/Galileo及GPS/BDS/Galileo在定位可用性、定位精度和定位稳定性及收敛时间3个方面的PPP性能进行了对比分析。实验结果表明:GPS/BDS和GPS/Galileo双系统组合PPP在各方面的性能相当。相比GPS单系统PPP,双系统PPP能增加可用卫星数,改善卫星空间几何构型,定位精度提升20%～35%,定位稳定性提高25%～40%,收敛时间缩短35%～45%。BDS在较高截止高度角下的可用性、天向定位精度、水平方向定位稳定性、天向收敛速度方面的贡献略优于Galileo。GPS/BDS/Galileo三系统组合的PPP性能进一步提升。