GNSS精密单点定位技术及应用进展

综合分析讨论了GNSS精密单点定位(PPP)技术及应用的最新进展。重点对GNSS精密单点定位实数解、固定解、实时精密单点定位、PPP-RTK和多频多系统精密单点定位等5个方面的核心关键技术和实现方法进行了总结和讨论。结合PPP技术的特点和优势,论述了PPP在低轨卫星定轨、地震、对流层和电离层等方面的典型应用。针对多频多系统GNSS的最新发展动态,展望了PPP技术今后的发展趋势,并指出了精密单点定位技术和推广应用还有待进一步研究的问题。     

一种改进的GPS/GLONASS组合精密单点定位算法研究

讨论了GPS精密单点定位的数学模型。提出了一种改进的GPS精密单点定位算法,该算法是把电离层延迟分为一阶电离层延迟和二阶电离层延迟的方法。分别对各阶电离层进行研究:一阶电离层采用线性组合的方式消除,二阶电离层延迟采用模型估计方法进行消除,最终达到消除电离层影响的目的。最后把该算法应用于GPS/GLONASS组合精密单点定位中,分别从E、N、U 3个定位方向上比较了GPS和GPS/GLONASS组合精密单点定位的定位结果,计算结果表明,该算法在一定程度上提高了定位的精度。较单系统GPS精密单点定位,它能够加快定位的收敛速度,保证定位的连续性。     

双频BDS实时精密单点定位算法和精度分析

为了对BDS实时精密单点定位性能进行评估,该文提出了一种适用于BDS系统的实时精密单点定位算法。采用无电离组合模型作为双频实时精密单点定位的数学模型,采用电离层残差法和Melbourne-Wübbena组合实时探测相位周跳,进而单历元实时估计坐标、模糊度等参数,实现了BDS双频实时精密单点定位算法。基于此算法,采用轨道钟差产品和采样间隔为1s的观测数据,模拟实时BDS双频精密单点定位算法,并评估其定位精度。实验结果表明:BDS双频实时定位的平面精度和三维精度均为0.2m左右。     

单频精密单点定位中电离层延迟改正方法

在单频精密单点定位中,电离层延迟是降低定位精度的一个重要因素.本文利用基准站上的双频接收机测定每颗卫星运动轨迹通过电离层的部分,然后通过曲面拟合函数来对各个卫星轨迹通过的电离层建立模型,并对单频精密单点定位进行电离层延迟改正.实验分析表明,用该电离层延迟模型进行单频精密单点定位能够获得较好的精度要求,收敛速度得到了很大的提高.     

GPS精密单点定位(PPP)技术在测量中的应用

PPP利用精密轨道和时钟来消除卫星轨道和时钟误差,利用双频观测值来消除电离层的影响,而且PPP可以精确地估计对流层的延迟和接收机钟差。本文主要介绍利用精密单点定位技术及TRIP软件进行动态数据后处理,提高双频GPS接收机的利用效率及提高生产功效。     

基于GAMP软件的GNSS精密单点定位研究

研究利用开源的GNSS数据处理软件GAMP进行精密单点定位解算,阐述了GAMP软件在精密单点定位中使用的数据预处理方法以及电离层、对流层、频间偏差等误差项的改正方法,设计了精密单点定位的解算策略并配置了相关的软件关键参数,对IGS跟踪站jfng站的实测数据进行了解算。结果表明,利用GAMP软件,利用适当的解算策略处理静态数据,约10 min可收敛至亚米级,3 h左右可收敛至厘米级,经过全天的解算其最终精度可达近毫米级。     

对流层投影函数对精密单点定位精度的影响分析

对流层延迟误差是GPS定位中的一项重要的误差源,随着精密单点定位（PPP）技术的不断发展,该误差影响并制约着GPS精密单点定位精度的进一步提高。基于GPS观测值,比较分析了各种对流层投影函数模型对GPS精密单点定位精度的影响,得出了有益的结论。     

基于GPS双频P码伪距进行单点定位研究

主要研究GPS单点定位中减弱电离层延迟和对流层延迟的方法,基于双频精码伪距观测值P1和P2的组合来消除电离层延迟,采用对流层模型UNB3来计算对流层延迟,并通过实例来验证这种方法的定位精度。     

精密单点定位用户自主式完备性监测算法

精密单点定位PPP是当前GNSS高精度定位中的关键技术之一,使用的PPP采用扩展卡尔曼滤波估计,未知参数包括站点坐标,接收机钟差,对流层延迟以及虚拟未知数。在QR奇偶检校法的基础上,重点考察设计矩阵向量间的相关距离,将其作为粗差探测和识别的研究对象。通过向量相关距离时间序列,可以区分单个粗差和多个粗差的粗差集。提出精密单点定位的RAIM算法,解决了精密单点定位中的质量控制问题,使得多个粗差的识别更加清晰和快捷。     

精密单点定位中附加先验电离层改正的内插方法研究

在精密单点定位技术中,外部提供给接收机更多的先验信息能使其定位精度和实时性得到提高。依靠增强站网内插出流动站的电离层延迟进行非差非组合精密单点定位时,其提供的改正达到精度要求势必使待估参数减少,模型强度变强,定位精度高。本文对比了内插电离层改正的精度,探讨了内插模型,提出了平面双样条内插模型。实验结果表明:在内插模型合适的情况下,电离层延迟精度可达到精密单点定位的要求。      

Ionospheric GPS radio occultation measurements on board CHAMP

The GPS radio occultation technique is a rather simple and inexpensive tool for getting information about the global characteristics of the vertical electron density distribution. No other ionospheric sounding technique (bottomside/topside vertical sounding, incoherent scatter) unifies vertical profiling through the entire ionosphere with global coverage. The paper addresses retrieval methods and algorithms applied for the generation of operational products including their limitations in accuracy and spatial resolution. Preliminary results of ionospheric radio occultation (IRO) measurements carried out onboard the German CHAMP satellite are reported. The achieved accuracy of the retrieved electron density profiles (EDPs) is estimated in particular by comparing the IRO results with independent vertical sounding data from European stations. It is concluded that CHAMP-IRO measurements have the potential to establish global data sets of EDPs, contribute to ionospheric research, develop and improve global ionospheric models and to provide operational space weather information.     

量子信道大气扰动延时补偿方法的研究

本文对量子卫星定位系统(QPS)中的纠缠光穿过大气电离层和对流层过程中所产生的路径延迟误差进行研究.根据电离层路径延迟与纠缠光频率以及纠缠光传播路径单位面积上电离层自由电子总含量(TEC)之间的关系,提出3种电离层路径延迟修正方案,并对每一种方案的优缺点进行分析.根据对流层路径延迟与气象参数之间的关系,以及气象参数与纬度、高度和年积日的关系,提出5种对流层路径延迟修正方案,并分析各修正方案的优缺点.本文所做研究有助于进一步提高QPS的精度.     

大气折射率时间变化对地球同步轨道圆迹SAR聚焦性能的影响

结合了圆迹SAR(CSAR)和地球同步轨道SAR(GEOSAR)的特点,地球同步轨道圆迹SAR(GEOCSAR)具有大面积区域观测、可获得目标三维信息、可对目标区域连续监测等优点。但GEOCSAR合成孔径时间长,完成整个圆周孔径测量的时间为24小时,而大气变化的时间尺度经常表现为数分钟到数小时,因此大气折射率时间变化将会对GEOCSAR方位向聚焦成像产生重要影响。本文考虑L波段GEOCSAR,因此对流层和电离层效应均不可忽略。文中建立了对流层和电离层折射率时间变化引起的相位误差模型,分析和推导了折射率时间变化对GEOCSAR方位向聚焦性能的影响,计算了引起L波段GEOCSAR聚焦性能退化的最小对流层折射率和电离层电子含量随机时间变化量,并通过仿真进行了验证。     

GNSS空间环境学研究进展和展望

对流层和电离层是地球近地空间环境中两个重要的组成部分,是靠近地球表面且与人类生活联系最密切的大气圈层。全球导航卫星系统技术的快速发展,为GNSS空间环境学的研究提供了良好的契机。本文介绍了现有GNSS空间环境学中在对流层和电离层方面的研究现状和进展。在GNSS对流层研究方面,主要集中于GNSS对流层关键参数建模和水汽反演两部分;在GNSS电离层研究方面,主要包括GNSS二维/三维电离层建模和区域/全球电离层监测。     

Ionospheric electron density observed by FORMOSAT-3/COSMIC over the European region and validated by ionosonde data

This research is motivated by the recent IGS Ionosphere Working Group recommendation issued at the IGS 2010 Workshop held in Newcastle, UK. This recommendation encourages studies on the evaluation of the application of COSMIC radio occultation profiles for additional IGS global ionosphere map (GIM) validation. This is because the reliability of GIMs is crucial to many geodetic applications. On the other hand, radio occultation using GPS signals has been proven to be a promising technique to retrieve accurate profiles of the ionospheric electron density with high vertical resolution on a global scale. However, systematic validation work is still needed before using this powerful technique for sounding the ionosphere on a routine basis. In this paper, we analyze the properties of the ionospheric electron density profiling retrieved from COSMIC radio occultation measurements. A comparison of radio occultation data with ground-based measurements indicates that COSMIC profiles are usually in good agreement with ionosonde profiles, both in the F2 layer peak electron density and the bottom side of the profiles. For this comparison, ionograms recorded by European ionospheric stations (DIAS network) in 2008 were used.     

FORMOSAT-3/COSMIC science mission update

The FORMOSAT-3/COSMIC mission is a microsatellite mission for weather forecast, climate monitoring, and atmospheric, ionospheric and geodesy research. This mission is a collaborative Taiwan-USA science experiment to deploy a constellation of six microsatellites in low Earth orbits. The mission life is 2 years with a goal of 5 years. The final mission orbit has an altitude of 750–800 km. Each satellite consists of three science payloads: global positioning system (GPS) occultation experiment (GOX) payload, tiny ionospheric photometer (TIP) and tri-band beacon (TBB). The GOX will collect the GPS signals for the study on atmosphere, ionosphere, and geodesy. The TIP and TBB can provide the electron distribution information for ionospheric research. The deployment of the FORMOSAT-3 constellation and the resulting influence on the occultation sounding distributions are reported. Details are also given on GOX, TIP, and TBB payload operations and the contributions of the Taiwan Science Team.     

Quality assessment of GPS rapid static positioning with weighted ionospheric parameters in generalized least squares

Precise GPS positioning requires the processing of carrier-phase observations and fixing integer ambiguities. With increasing distance between receivers, ambiguity fixing becomes more difficult because ionospheric and tropospheric effects do not cancel sufficiently in double differencing. A popular procedure in static positioning is to increase the length of the observing session and/or to apply atmospheric (ionospheric) models and corrections. We investigate the methodology for GPS rapid static positioning that requires just a few minutes of dual-frequency GPS observations for medium-length baselines. Ionospheric corrections are not required, but the ionospheric delays are treated as pseudo-observations having a priori values and respective weights. The tropospheric delays are reduced by using well-established troposphere models, and satellite orbital and clock errors are eliminated by using IGS rapid products. Several numerical tests based on actual GPS data are presented. It is shown that the proposed methodology is suitable for rapid static positioning within 50–70 km from the closest reference network station and that centimeter-level precision in positioning is feasible when using just 1 min of dual-frequency GPS data.     

基于非差非组合PPP-RTK的大气改正模型及其性能验证

高精度的大气改正是加快PPP-RTK收敛的重要前提。本文以区域跟踪网台站数据为基础,基于非差非组合PPP提取斜路径电离层和天顶对流层延迟,作为PPP-RTK大气建模的数据源。电离层延迟采用基于斜路径星间单差的改正模型,对流层采用非差天顶对流层模型,设计了相关的服务端和用户端软件系统。在系统设计上,通过服务端提取数据构建大气模型并播发,用户端接收参数并用于实时PPP-RTK定位。对上海区域进行服务端和用户端的试验,服务端计算的参数表明：GPS、GALILEO、BDS系统的电离层、对流层模型内符合精度为6~7 mm。用户端的646组PPP-RTK伪动态试验表明：水平方向30 s内收敛的占比为89.16%、1 min内收敛的占比为91.80%、2 min内收敛的占比为95.98%;三维方向收敛结果中,上述收敛时间尺度分别占总数的86.22%、88.70%和93.34%。附加大气约束后,模糊度固定率为95.59%,收敛后水平方向和三维方向定位RMSE分别为2.35和4.63 cm。实时动态试验表明,PPP首次固定时间为36 s,水平和三维定位精度分别达到了1.13和3.21 cm。     

GPS+BDS中长距离RTK定位算法及结果分析

GPS/BDS中长距离RTK定位因为电离层和对流层残余误差的影响,其性能相对于常规RTK有所降低。将GPS/BDS卫星双差电离层误差和对流层误差作为参数,采用卡尔曼滤波进行实时估计。为了验证算法的有效性,利用武汉地区103 km静态基线24 h双频观测数据,分析了GPS和BDS单系统以及二者组合双系统中长距离RTK定位性能。实验结果表明,精确估计的双差电离层残余误差达到米级、对流层误差达到分米级;经过改正后,GPS/BDS单系统的定位精度在1 cm左右,组合双系统则实现了中长距离基线毫米级的高精度定位。