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值高20%～30%。     

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。     

电离层二阶项模型的构建及其变化规律分析研究

在高精度大地测量GPS数据处理研究和应用领域,电离层二阶项延迟影响不容忽视。采用带有三角级数的曲面拟合模型构建电离层延迟二阶项模型,并结合西安市高精度GPS地面沉降监测数据,分析近五年来该区域电离层总电子含量、一阶项、二阶项延迟的半年与年变化规律及其对定位结果的影响,在电离层二阶项的研究方面获得了一些有意义的结论。     

三频电离层延迟改正中多路径误差和观测噪声的削弱算法

多频测距系统可以借助多频观测数据削弱电离层延迟的影响,但多频改正算法在改正电离层延迟项的同时会不同程度地放大多路径误差、观测噪声等伪距误差的影响。其中利用三频数据可以将电离层延迟改正至二阶项,也可以只改正至一阶项,分别称为三频二阶改正和三频一阶改正。首次推导了利用三频观测数据削弱伪距中多路径效应和观测噪声等误差的算法,使三频电离层延迟改正中伪距误差的影响大大减小。通过对三频实测数据的处理和分析验证了算法的有效性并给出了一些有益的结论和建议:在利用三频观测数据进行电离层改正时,首先改正伪距中的多路径误差和观测噪声,然后采用三频二阶改正算法将电离层延迟改正至二阶项,将有效提高伪距改正精度。如果不能有效削弱这些误差的影响,宜采用三频一阶改正或双频改正。     

GPS现代化后电离层折射误差高阶项的三频改正方法

研究了电离层对GPS观测信号的主要影响及电离层折射误差模型,总结了电离层双频改正模型。针对GPS现代化中增加的第三频率,系统推导了三个频率的电离层改正模型及相位观测值无电离层组合(LC组合)模型。该模型将电离层折射误差模型改正至二阶项,可进一步提高GPS定位精度,同时,为GPS定位中其他误差的改正及分离、周跳的探测等提供了有力的技术手段。     

利用恒星日滤波改进精密单点电离层延迟提取

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0.185m提高到0.028m,新进卫星的电离层参数估计收敛时间由80min减少为35min。     

基于GPS双频原始观测值的精密单点定位算法及应用

本文提出一种基于GPS双频原始观测值的PPP算法,与基于消电离层组合观测值的传统PPP算法不同,新算法通过参数化站星视线方向的电离层延迟以消除其对PPP估值的不利影响;该新算法可以有效避免观测值组合过程所引起的观测数据噪声以及多路径效应被放大的不利影响;同时在利用扩展卡尔曼滤波模型进行未知参数的递归估计过程中,通过对大气延迟参数引入符合实际的约束,可以加快滤波收敛,提高参数估值的可靠性;视线方向电离层延迟可与其他未知参数同时估计得到,进而便于利用PPP技术进行精密电离层研究;此外,对于可能的模型误差（如码观测值粗差、相位观测值周跳等）,基于DIA的质量控制策略以消除或削弱其对参数估值的不利影响。利用实测数据对新算法在静态、低动态以及高动态定位应用方面的精度进行检验,结果表明,静、动态定位结果的外符合精度可分别达到1~2 cm和7~8 cm,验证了新算法的可行性和有效性。     

3种GPS+BDS组合PPP模型比较与分析

无电离层组合和非组合模型是GNSS精密单点定位(PPP)常用的两种函数模型。本文通过详细分析PPP的两种函数模型各类参数间的相关特性,建立了参数独立的函数模型。对非组合PPP模型的电离层参数引入虚拟观测方程进行约束,有效提高了PPP的收敛速度。最后,从定位精度和收敛时间两方面分析不同函数模型的GPS单系统和GPS+BDS组合PPP静态、模拟动态定位效果。结果表明:GPS单系统和GPS+BDS组合PPP定位精度相当,静态的无电离层组合与非组合PPP均可达到厘米至毫米级精度,动态PPP精度的平面优于3cm,高程优于5cm;无电离层组合PPP收敛时间优于非组合的PPP,电离层加权非组合PPP的收敛时间最短。动态定位中,电离层加权模型相比于无电离层组合模型,可减少约15%的收敛时间,相比于非组合模型,可减少约34%。     

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。     

北斗双频／三频静态精密单点定位性能比较与分析

针对目前仅北斗全星座提供三频观测数据,而不同线性组合模型影响精密单点定位(PPP)精度和收敛速度的问题,本文着重推导了北斗三频无电离层最优组合精密单点定位数学模型,以此为基础,采用大量实测数据进行北斗双频、三频静态PPP实验。结果表明,相比于北斗双频静态PPP,北斗三频静态PPP在收敛速度和定位精度上有所提高,绝对定位精度可达2～3 cm,与GPS双频精密单点定位水平相当。      

北斗电离层模型改正精度分析

电离层误差是影响单频用户机定位精度的主要误差源。卫星导航系统播发电离层模型改正参数供用户使用,模型改正精度会对定位结果产生直接影响。北斗卫星导航系统根据连续监测站实测数据,计算并发播地理坐标系下8参数Klobuchar电离层模型参数,且每2 h更新一次。为了科学评估北斗电离层模型改正效果,文中基于北斗最新观测数据,首先,以CODE提供的GIM模型作为比对基准,详细分析了不同纬度地区、不同时间段内的电离层模型改正精度;其次,分别按照以下定位模式进行计算:1)北斗单频不加电离层改正,2)北斗单频+北斗K8模型,3)北斗单频+GPS K8模型,并分析了电离层改正残差对定位结果影响大小。结果表明,北斗电离层模型改正精度在北半球优于南半球,中纬度地区改正效果最好,其改正残差RMS均值在0.6 m左右,往低纬和高纬度地区呈递减趋势;北京地区北斗单频+北斗K8模型定位精度优于GPS K8模型。     

GNSS基本服务性能评估

针对现有全球卫星导航系统性能评估无规范的评估标准问题,该文提出了以统一模型和算法为评估体系的方法,较详细的评估了全球卫星导航系统公开服务信号的基本性能,主要评估了空间信号误差、广播电离层模型改正效率及伪距单点定位精度等。结果表明:空间信号误差方面,伽利略最优、GPS和北斗三号相当;广播电离层模型方面,北斗全球广播电离层模型改正效果最优,GPSK8与NeQuick模型在低中纬度改正效果相当,北斗区域电离层模型在其服务区内具有较高改正效果;定位方面,北斗、GPS和伽利略静态伪距单点定位的三维位置均方根误差优于5m,格洛纳斯优于10 m;动态伪距单点定位方面,北斗在中国境内定位精度最高;基于统一评估体系下,可以直观对比得到目前各卫星导航系统的性能差异,同时也为后续的建设提供相应的参考。     

利用改进的动态PPP技术建立中国香港区域海潮负荷位移模型

利用GPS技术反演海潮负荷信息,相比传统重力及甚长基线干涉测量,有着全球覆盖、测站数多、全天候、成本低等诸多优势,为海潮模型的建立提供了有效的技术手段,也对海潮负荷效应的研究有着重要的理论意义和参考价值。利用动态精密单点定位技术（precise point positioning,PPP）反演海潮负荷位移,同时构建了区域海潮负荷位移模型。利用香港连续运行参考站8 a的GPS观测数据,精密测定了11个测站的三维海潮负荷位移参数,与高精度海潮模型提供的海潮负荷位移参数进行比较,发现除K₂、K₁潮波外,其他潮波的均方根误差均小于2 mm。与已有的动态PPP及静态PPP结果对比发现,采用改进的重叠时段动态PPP算法可有效改善K₁潮波的反演精度;该方法反演的海潮负荷位移精度可达到静态PPP反演海潮负荷位移的精度,且对于K₁潮波,在东西方向,动态PPP算法的反演精度较静态PPP略有改善。利用最小二乘曲面拟合法可有效建立中国香港地区GPS区域海潮负荷位移模型,可有效弥补沿海地区因验潮站稀少而导致的海潮模型适应性差的问题。     

多系统广播电离层模型精度评估

电离层误差是导航定位主要的误差源之一,广播电离层模型为单频用户修正电离层延迟提供了简便有效的方法。本文采用CODE提供的GIM产品作为评估的基准,对4大广播电离层模型进行了多方面精度评估,旨在为后续的模型改进及应用提供参考。结果表明：各个模型北半球改正率高于南半球,白天改正率高于晚间;NeQuick模型在中低纬度服务性能一般,但在高纬度地区明显高于BDSK8、GPSK8模型,改正率高出BDGIM模型约5%,BDSK8、GPSK8、BDGIM模型在中低纬度改正率较高,高纬度带改正率稍差;BDGIM模型性能总体优于其他模型,全球范围改正率可达76.91%。     

On the effects of the ionospheric disturbances on precise point positioning at equatorial latitudes

In precise point positioning (PPP), the ionospheric delay is corrected in a first-order approximation from GPS dual-frequency observations, which should eliminate almost completely the ionosphere as a source of error. However, sudden plasma density variations can adversely affect the GPS signal, degrading accuracy and reliability of positioning techniques. The occurrence of plasma density irregularities is frequent at equatorial latitudes and is reflected in large total electron content (TEC) variations. We study the relation between large changes in the rate of TEC (ROT) and positioning errors in single-epoch PPP. At equatorial latitudes and during post-sunset hours, the estimated altitudes contain errors of several meters for a single-epoch position determination, and latitude and longitude estimates are also degraded. These results have been corroborated by the online CSRS-PPP (NRCan) program. Moreover, abrupt changes in the satellite geometry have been discarded as possible cause of such errors, suggesting an apparent relation between the occurrence of large ROT and degraded position estimates.     

基于不同电离层模型的精密单点定位精度分析

随着PPP的发展与应用,对PPP误差源的研究更加精细、更加科学.电离层折射是高精度PPP的主要误差之一,国内外通用方法是用大气传播理论建立电离层修正模型.本文主要探讨了电离层对精密单点定位影响的基本理论,总结了目前常用方法;研究了Klobuchar模型的改正公式及计算方法;系统地研究了双频观测值建立消电离层延迟模型的理...     

基于神经网络的区域电离层模型及其在单频PPP中的应用

基于武汉市CORS系统的双频非差载波相位观测数据,利用改进的神经网络方法建立区域电离层模型,并通过单频GPS精密单点定位的计算实例来分析该模型的精度。计算实例表明,当基准站间的距离小于100km时,基于神经网络的区域电离层模型的平均外符合精度为0．03m,对于时段长度为4h的单频PPP静态时段解可以达到厘米级的定位精度。     

Multifrequency algorithms for precise point positioning: MAP3

We present the new MAP3 algorithms to perform static precise point positioning (PPP) from multifrequency and multisystem GNSS observations. MAP3 represents a two-step strategy in which the least squares theory is applied twice to estimate smoothed pseudo-distances, initial phase ambiguities, and slant ionospheric delay first, and the absolute receiver position and its clock offset in a second adjustment. Unlike the classic PPP technique, in our new approach, the ionospheric-free linear combination is not used. The combination of signals from different satellite systems is accomplished by taking into account the receiver inter-system bias. MAP3 has been implemented in MATLAB and integrated within a complete PPP software developed on site and named PCube. We test the MAP3 performance numerically and contrast it with other external PPP programs. In general, MAP3 positioning accuracy with low-noise GPS dual-frequency observations is about 2.5 cm in 2-h observation periods, 1 cm in 10 h, and 7 mm after 1 day. This means an improvement in the accuracy in short observation periods of at least 7 mm with respect to the other PPP programs. The MAP3 convergence time is also analyzed and some results obtained from real triple-frequency GPS and GIOVE observations are presented.     

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%。