估计对流层延迟的单频RTK卡尔曼滤波算法

提出一种对流层估计方法实现单频RTK快速动态定位。用模型改正对流层干延迟,双差对流层湿延迟用测站对流层天顶延迟估计,并与流动站位置及站间单差模糊度组成双差方程进行卡尔曼滤波,得到单差模糊度浮点解及方差阵,通过星间求差得到双差模糊度浮点解及方差阵,结合MLAMBDA方法实时确定模糊度。试验验证单历元平面定位精度优于±3 cm,高程定位精度优于±10 cm。     

北斗三号双频长基线单历元解算性能评估

为详细评估北斗三号（BDS-3）长基线定位性能,以MGEX跟踪站组成的3条长基线为基础,进行BDS-3双频、BDS-3与Galileo兼容频率双频组合长基线解算实验。实验结果表明,123 km和209 km长基线水平定位精度均优于3 cm,高程精度均优于5 cm,模糊度固定率均在96%以上,模糊度固定初始时间均在40 min以内;248 km长基线整体水平定位精度优于5 cm,高程精度优于8 cm,模糊度固定率在93%以上,模糊度固定初始时间在60 min以内;BDS-3与Galileo兼容频率双频组合定位性能比BDS-3单独定位有所提升,水平定位精度优于2 cm,高程精度优于4 cm,模糊度固定率在99%以上,模糊度固定初始时间在7 min以内。     

BDS-3/GPS中长基线单历元解算精度分析

针对正式建设完成的BDS-3中长基线定位性能,以MGEX跟踪站构成的一组实测数据为基础,从定位精度与模糊度2个方面分析了GPS、BDS-3、GPS/BDS-3中长基线定位性能。实验结果表明,BDS-3的卫星可见数、PDOP值、定位精度、模糊度固定情况略差于GPS,BDS-3中长基线定位精度可以达到厘米级,模糊度固定率在97%以上,GPS/BDS-3组合相比GPS、BDS-3在任一方面都有明显提升。     

北斗三号短基线四频组合定位方法研究

北斗三号全球卫星导航系统现已提供4个频率以上的观测数据,支持多频组合定位理论和方法的研究。基于此,文中提出一种短基线下的北斗四频组合定位解算方法,利用北斗B1I,B3I,B1C,B2a 4个频率的观测数据两两组合形成独立不相关的窄巷观测值联立,以位置参数和双差模糊度组成状态向量,结合卡尔曼滤波估计进行定位解算。基于该方法,文中针对两组不同长度的短基线进行测试,结果显示：在17 m短基线中,该方法平面精度优于2 mm,高程方向精度优于4 mm;在3 km的短基线中,平面精度优于4.5 mm,高程精度优于6 mm。测试结果表明,在短基线情况下,该方法的定位精度相较于北斗单频及三频方法在平面和高程方向均有不同程度的提高。     

BDS-3新频率单点定位性能评估

BDS-3已正式开通全球定位服务,会逐步取代GPS在我国各领域中的应用,因此评估BDS-3的定位性能具有一定的科学指导意义。本文基于多个MGEX跟踪站BDS-3实测数据,评估了BDS-3新频率单点定位性能。研究结果表明,BDS-3卫星可用情况良好,B1C和B2a伪距单点定位精度较优,整体水平精度优于1 m,高程精度优于2 m。B1C/B2a双频精密单点定位精度可以达到厘米级,最高精度达到1 cm左右。     

顾及大气延迟误差的中长基线RTK算法

针对常规RTK作业距离一般不超过15km的问题,提出了一种顾及大气延迟误差的中长基线RTK的算法,突破了常规RTK作业距离。在中长基线情况下,与大气延迟有关的误差如电离层延迟误差、对流层延迟误差等,随着基线长度的增加,空间相关性大大降低,进而影响整周模糊度的快速解算。基于卡尔曼滤波算法,采用非组合差分定位模型,对于电离层延迟误差采用了电离层加权模型进行估计,对于对流层延迟分别采用了相对对流层延迟参数估计和绝对天顶对流层参数估计。最终通过实测数据对该算法进行了算法验证和结果分析。试验结果表明:该算法可以实现中长基线RTK的快速解算,并且在估计相对对流层延迟时,绝对天顶对流层参数估计不利于基准站和流动站的对流层延迟分离,一般采用估计流动站上的相对对流层延迟。     

对流层湿延迟估计方法对PPP数据处理的影响

设计4种实验方案分析了对流层延迟参数估计方法对PPP数据处理的影响。结果表明,采用分段线性方法估计天顶湿延迟比分段常数方法估计得到的天顶湿延迟、定位结果精度略高;静态PPP解算得到的天顶对流层湿延迟优于5 mm,高程方向的定位精度可达1 cm左右;动态PPP定位精度略低,高程方向可达2cm左右。同时,考虑对流层湿延迟水平梯度在一定程度上能改善PPP的处理结果。     

BDS-3多频RTK在不同高度角下定位性能分析

设计了7种不同高度角BDS-3短基线RTK解算实验,参与解算频率包括单频（B1C、B2a、B1I、B3I）、双频组合（B1C/B2a、B1C/B3I、B1I/B2a、B1I/B3I）以及三频组合（B1C/B2a/B3I、B1I/B2a/B3I）。实验结果表明,BDS-3卫星可见数随高度角的增加而降低,PDOP值随高度角的增加而增加;在单频RTK性能方面,B1I和B3I定位性能稳定,受高度角影响较小,但在低高度角（10°～20°）的情况下,B1C和B2a定位性能更优;在双频RTK性能方面,B1I/B3I组合短基线RTK定位性能稳定,即使在极端高度角（40°）时,水平定位精度优于2 cm,高程定位精度优于4 cm;在三频RTK性能方面,B1I/B2a/B3I组合短基线RTK定位性能稳定,即使在极端高度角（40°）时,水平定位精度优于2 cm,高程定位精度优于4 cm。     

BDS-3单频短基线相对定位性能初步评估

采集了一组10 km短基线,初步评估了BDS-3 B1C、B1I、B2A、B3I单频短基线相对定位性能,并与GPS系统L1频率、Galileo系统E1频率做对比。实验结果表明,建设完成后的BDS卫星可见数与空间几何构成较优,4个频率短基线相对定位精度都可以达到厘米级,模糊度固定率都接近100%左右,无论定位精度还是模糊度固定率都优于L1频率和E1频率,可为今后BDS-3相对定位研究提供一定的参考。     

BDS-3/Galileo重叠频率短基线紧组合相对定位性能初步评估

为评估松组合和紧组合模型在BDS-3/Galileo短基线相对定位的适用性,本文以自采集短基线实测数据为例,分别进行了双频、单频紧组合和松组合短基线解算实验。实验结果表明,紧组合在一定程度上可以改善松组合卫星可见数与卫星空间几何构型,2种模型下B1CB2a/E1E5a和B1C/E1短基线相对定位水平精度都优于1 cm,高程精度都优于2 cm,模糊度固定率都在95%以上,而紧组合模型相比松组合模型在这几方面略有提升,提升量在5%以内。     

BDS-3双频伪距单点定位精度分析

针对BDS-3多频定位性能,本文基于MGEX站BDS-3多频实测数据,设计了正常高度角为10°以及极端高度角为35°两种情况,分析了BDS-3 5种双频组合伪距单点定位精度,并与GPS系统L1/L2组合伪距单点定位精度进行对比。经研究发现,在正常高度角情况下,除B2a/B3I组合外,其他双频组合伪距单点定位水平向精度优于1 m,高程向精度优于2 m,不同组合3D方向的精度关系为：B1C/B3I>B1I/B2a>B1I/B3I>L1/L2>B2a/B3I;在极端高度角情况下,BDS-3定位性能明显降低,水平向定位精度低于1 m,高程向精度低于4 m,不同组合3D方向的精度关系为：B1C/B2a>B1C/B3I>L1/L2>B1I/B2a>B1I/B3I>B2a/B3I。     

顾及电离层延迟的BDS-3四频长基线定位算法

针对长基线定位中电离层延迟对定位精度造成的影响,本文提出了一种基于BDS-3四频信号(B1C/B1I/B2a/B3I)的四频消电离层(IF)组合方法,采用消电离层组合观测值消除电离层延迟误差,联合模糊度改正后的超宽巷或宽巷组合观测值构建定位方程,从而实现原始窄巷模糊度和基线位置坐标的解算。试验采用BDS-3四频数据对四频IF组合方法和基于GB-FCAR模型的电离层延迟参数估计方法的定位精度进行对比分析。结果表明,在对长度超过500 km的长基线进行定位解算时,四频IF组合方法可以实现电离层延迟误差消除。与电离层延迟参数估计方法相比,四频IF组合方法水平和垂直方向的定位精度均达分米级,提升幅度分别达35%和40%以上,定位精度显著提高,其相对定位精度可达1×10^-9 m,满足长基线相对定位的要求。     

卡尔曼滤波的中长基线非差RTK算法

针对实时动态定位(RTK)中作业范围受到大气延迟误差制约的现象,该文提出了一种基于卡尔曼滤波的非差观测模型RTK算法和非差改正数的计算方法。利用扩展卡尔曼滤波函数模型,将残余的相对对流层延迟、相对电离层延迟同流动站位置参数以及单差整周模糊度作为状态向量进行卡尔曼滤波估计。非差观测模型利用参考站的非差误差改正数以单颗卫星为对象进行误差改正,流动站接收数据小,算法简单。通过GNSS实测数据对该算法进行了算法验证和结果分析,实验结果表明,对于中长基线,利用非差观测模型可实现GNSS单参考站RTK定位,并获得厘米级的定位精度。     

融合GNSS兼容频率静态PPP对流层延迟评估

为进一步评估周边对流层延迟,本文基于中国境内以及周边5个MGEX跟踪站,对比分析BDS-3及与BDS-3兼容频率组合静态精密单点定位精度以及评估对流层延迟结果。实验结果表明,双系统组合能有效改善卫星状况,BDS-3以及其他情况静态精密单点定位水平精度优于1.5 cm,高程定位精度优于3 cm,评估对流层延迟结果较好,JFNG站评估对流层延迟结果误差在1 cm以内,其余测站评估对流层延迟结果误差在1—2 cm之间。     

GPS对流层延迟改正UNB3模型及其精度分析

就GPS对流层延迟改正UNB3模型的天顶延迟模型和Niell映射函数模型进行了详细的探讨,采用C 语言编程,建立了相应的程序模块;在GPS普通单点定位中,比较分析了UNB3模型的修正精度;通过IGS跟踪站的大量数据分析计算表明,UNB3天顶延迟模型的修正精度在平面x、y方向上与Saastamoinen天顶延迟模型相当,在高程H方向上优于Saastamoinen天顶延迟模型.     

BDS／GPS中长基线宽巷准厘米级RTK算法

针对常规实时动态（RTK）定位技术中长基线初始化时间较长、定位结果不稳定的问题,提出了一种基于部分模糊度固定策略的BDS/GPS宽巷卡尔曼滤波RTK定位方法,从充分发挥宽巷观测值波长较长和宽巷模糊度易于固定的优势,避免低高度角卫星对模糊度解算的影响,从而提高中长基线情况下的模糊度固定率. 同时采用附加宽巷模糊度参数的卡尔曼滤波方法计算浮点解,以固定高于设置模糊度解算截止高度角的卫星进行定位,并解算电离层活动较剧烈的25~76 km的中长基线. 通过3组试验,结果表明,BDS/GPS双系统联合定位宽巷模糊度固定率均接近100%,76 km基线模糊度固定率达到99.9%,定位精度达到厘米级或准厘米级.      

GPS超长基线解算的误差特性与精度分析

基于单基站的超长基线定位技术在地壳形变监测、高精度授时等领域具有广泛应用,但仍有诸多因素制约着超长基线解算精度。从观测方程出发,利用单差观测值对长（超长）基线(146～1 724 km)解算中的卫星轨道误差、对流层延迟误差、地球潮汐误差和相位缠绕误差等误差特性进行了详细分析。分析结果表明,当基线小于500 km时广播星历误差可忽略不计;超过500 km时需要采用精密星历,同时需要考虑地球潮汐误差的影响;利用参数估计法同时估计基线两端的天顶对流层延迟误差可获得1～2 cm精度;相位缠绕误差对基线小于2 000 km的解算影响可忽略。基于估计天顶对流层延迟的方法解算了5条长(超长)基线（146 km、491 km、837 km、 1 043 km和1 724 km）。实验结果表明,当基线小于500 km时,采用广播星历可获得水平方向优于0.05 m、高程方向优于0.08 m的定位精度;当基线小于2 000 km时,采用超快速精密星历可获得水平方向优于0.025 m、高程方向优于0.055 m的定位精度。解算的初始收敛时间随着基线长度增加而缩短。     

不同截止高度角下BDS-3SPP精度分析

针对卫星可见数与历元可用率较低情况下的BDS-3定位性能,本文基于MEGX跟踪站BDS-3与GPS实测数据,分析了不同高度角（10°、20°、30°、40°）下BDS-3卫星B1I、B1C、B2a、B3I,以及GPS系统L1频率的单点定位（SPP）精度。研究发现,BDS-3平均卫星可见数与卫星空间几何构型优于GPS,且随着高度角的增加呈线性变化。BDS-3的4个频率的SPP精度随着高度角的增加呈先增加后降低的趋势,高度角为20°时,定位精度最高,高度角达到40°时,定位精度最低,且历元可用率也最低;但B1I和B3I历元可用率仍大于90%,而B1C和B2a历元可用率大于70%;不论是SPP定位精度还是历元可用率,均优于GPS系统L1频率。     

BDS-2/BDS-3/GPS/Galileo双频精密单点定位精度分析与评价

由于北斗卫星导航系统(BDS)已完成正式组网,有必要对BDS的定位性能进行精度评估与分析. 本文主要通过在MGEX (Multi-GNSS Experiment)选取8个测站5天的观测数据,以北斗二号/北斗三号(BDS-2/BDS-3)为主分析BDS-2/BDS-3、BDS-2/BDS-3/Galileo、BDS-2/BDS-3/GPS、BDS-2/BDS-3/GPS/Galileo四种不同组合卫星系统静态精密单点定位(PPP)性能,试验结果表明:BDS-2/BDS-3静态PPP在东(E)、北(N)、天顶(U)方向上的定位精度和收敛速度分别优于2.49 cm、2.27 cm、4.04 cm和34.6 min、19.3 min、28.1 min;BDS-2/BDS-3/Galileo静态PPP在E、N、U方向上的定位精度和收敛速度分别优于1.81 cm、1.65 cm、2.94 cm和20.4 min、13.0 min、18.6 min;BDS-2/BDS-3/GPS静态PPP在E、N、U方向上的定位精度和收敛速度分别优于1.67 cm、1.62 cm、2.82 cm和18.3 min、10.2 min、16.1 min;BDS-2/BDS-3/GPS/Galileo静态PPP在E、N、U方向上的定位精度和收敛速度分别优于1.46 cm、1.40 cm、2.45 cm和14.5 min、9.3 min、14.5 min.      

北斗三号短基线相对定位精度分析

我国北斗卫星导航系统（BDS）已经进入第三阶段北斗三号（BDS-3）的建设,其定位精度问题一直是全球关注的热点．本文基于IGS连续跟踪站2018年第227天多模全球卫星导航系统（GNSS）数据,对短基线进行动态处理,将BDS-3的相对定位精度与北斗二号(BDS-2)的相对定位精度进行分析．结果表明,目前BDS-3短基线相对定位精度E方向优于3 cm,N方向优于3.5 cm,U方向优于10 cm,三个方向精度略高于BDS-2短基线相对定位精度．