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。     

山东区域电离层模型的建立及精度评估

针对电离层延迟改正对单频接收机用户带来误差较大的问题,该文基于球谐函数借助山东区域CORS双频观测数据建立山东区域电离层模型,并对硬件延迟偏差(DCB)和电子含量进行可靠性、稳定性分析,进一步使用单频精密单点定位(PPP)验证山东区域电离层模型的有效性。实验结果表明:测站DCB解算精度稳定在0.4ns内,解算卫星DCB与欧洲定轨中心(CODE)的偏差总体稳定在0.5ns内,区域电离层模型与CODE解算VTEC差值的均方根为1.22TECU,STD为0.93TECU,对山东区域单频PPP而言,山东区域电离层模型比CODE发布全球电离层模型在N、E、U方向精度明显提高。同时,建立的山东区域电离层模型从时间分辨率、空间分辨率上均优于CODE中心发布全球电离层模型。     

利用相位平滑伪距和最小二乘曲面函数建立西安市区域电离层延迟模型

利用相位平滑伪距观测值,并采用附有限制条件的序贯最小二乘曲面拟合方法,研究构建了西安区域电离层延迟模型。该模型的内符合平均精度为6.9 cm,外符合平均精度为8.8 cm,通过与全球格网电离层延迟模型计算的电子含量进行对比,并将两种模型进行单频PPP定位测试。结果显示,区域电离层延迟模型的精度明显优于格网电离层延迟模型的精度。     

基于北斗地基增强系统的中国区域电离层建模研究

在卫星导航定位中,电离层延迟误差是主要误差源之一,其影响可以到达数米乃至数百米,有必要进行高精度的电离层模型研究,尤其是区域的高精度电离层模型建立．本文基于北斗地基增强系统114基准站三系统 (GPS／BDS／GLONASS) 双频的观测数据进行电离层提取计算,并结合多项式函数模型进行建模,得出中国区域内的电离层模型,并采用直接跟CODG的电离层产品比较和间接通过单频精密单点定位方式来评估模型精度．结果表明,基于北斗地基增强系统建立的中国区域电离层模型精度高于CODG发布的电离层格网模型且更符合中国区域电离层的真实空间分布．      

新的区域电离层模型及单频长基线精度分析

电离层延迟是影响GPS精密定位的主要因素,对单频接收机的影响尤为明显。介绍了一种新的基于区域双频观测网构建电离层模型的方法,并选取德国境内平均基线超过300 km(最长基线为461 km)的一个长距离观测网连续10 d的数据对模型进行了检测分析。实验证明,基于该电离层模型,网内单频接收机用户可获得接近双频观测数据的解算精度,即使对于200 km的长距离基线,单频数据的基线解算结果都能够达到平面方向6 mm,高程方向2.5 cm。区域电离层延迟模型构造方法可被有效应用于GPS、GLONASS和GALILEO等各类卫星导航定位系统,满足事后、实时或准实时单频接收机精密数据处理的需要。     

基于实时Kalman滤波的电离层建模及精度分析

文中使用CORS实时数据,基于Kalman滤波建立区域电离层TEC球谐函数模型。使用CORS相位平滑伪距电离层观测值,逐历元滤波求解电离层模型参数,分离卫星与接收机硬件延迟,并应用于单双频PPP定位中。实验结果表明,区域电离层模型精度约为1.9 TECU,较IGS发布的电离层格网数据(GIM)提高58.8%;采用区域电离层模型改正后单频PPP定位精度约为0.2 m,较GIM提高60.3%;模型提供的高精度电离层改正信息能够有效提升双频PPP收敛速度及初始定位精度。     

几种电离层模型对单频单点定位的影响分析

针对实时GNSS单频定位中电离层延迟改正问题,本文采用可用于实时GNSS单频定位的几种电离层模型对电离层延迟进行改正并分析其对GNSS单频单点定位性能的影响。其中,对单频SPP的电离层延迟采用模型直接进行改正,采用Klobuchar模型、CODE的预报产品c1pg、原国家测绘地理信息局的实时球谐电离层产品cosong和CODE事后产品codg计算的电离层精度依次提高;采用不同电离层模型作为电离层估计的先验约束进行单频PPP定位。结果表明:采用精度较好的电离层产品作为先验约束可加快单频PPP收敛。     

鞍山区域电离层模型构建及GNSS应用研究

针对电离层延迟误差目前是GNSS导航定位精度最重要误差源的现状,通过GNSS参考站或跟踪站实测数据计算电子总含量值,建立区域电离层模型,监测区域电离层变化,进而找到削弱或消除电离层延迟误差影响方法。利用曲面拟合实现建模,在模型的建立过程中通过对不同的模型阶数进行设置,对比不同情况下的模型精度,从而确定特定区域内最佳数据采样间隔及阶数设置,并在最佳阶数设置情况下,比较了预报不同时段的精度,进而对延迟量预报问题进行探讨,得出一些有益结论。可以通过该模型单独解算流动站站点的实时电离层延迟信息,这对多基站CORS的站间距离选择和单基站CORS基准站和流动站之间距离设计,尤其对提高单频接收机以及GIS产品用户的定位精度和差分模型的覆盖范围都具有实际参考意义。     

基于广义回归神经网络的电离层VTEC建模

提出一种基于广义回归神经网络的电离层电子总含量建模的新方法。依据电子总含量的时空变化特性建立基于广义回归神经网络的区域电子总含量模型。结合实例,详细讨论训练样本的采样策略对网络模型性能的影响,并确定较优的模型光滑参数和采样策略。分别从理论和实例上与常用的多项式模型进行对比分析。结果表明在数据样本密集区域两者的精度相当,而在外推的空白区域内网络模型的精度优于多项式模型,验证网络模型的可行性和有效性。     

不同Klobuchar模型参数的性能比较

对于GPS单频用户而言,电离层延迟是最重要的误差来源之一。GPS系统使用Klobuchar模型对电离层延迟进行改正,其改正数从370组常数中选取。目前全球分布的GPS测站可以获得高精度的全球电离层监测结果,GPS为什么不发播采用实测数据计算得到的Klobuchar模型参数呢？本文针对这一问题进行分析。首先对欧洲定轨中心CODE提供的全球电离层图GIM预报COPG电离层进行精度评估,然后根据COPG电离层进行Klobuchar模型参数拟合并利用IGS提供的事后高精度电离层图进行精度分析,最后将不同的电离层模型参数应用于单点定位以评估其对单频用户的影响。分析结果表明：受8参数的Klobuchar模型本身结构限制,采用全球实测数据计算的电离层模型参数与导航电文中发播的电离层模型精度相当,为55%左右。而仅采用地磁纬度45oS以北的数据拟合得到的模型参数,其电离层改正精度有明显提升,可达65%左右,但其对单频用户定位精度改善不明显。本文研究结果为我国全球电离层建模提供参考。     

几种附电离层约束GNSS单频PPP性能评估

针对单频精密单点定位(PPP)两种常用的定位模型:非组合模型和附加电离层约束模型,同时综合考虑电离层约束模型三种不同约束策略(常数约束,时空约束,逐步松弛),对比分析了其使用GPS单系统及GPS+BDS双系统观测值的定位收敛时间,定位精度及其优缺点.实验结果表明:使用GPS单系统,附加不同电离层约束对单频PPP收敛时间...     

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。     

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。     

Modeling tropospheric wet delays with national GNSS reference network in China for BeiDou precise point positioning

During past decades, precise point positioning (PPP) has been proven to be a well-known positioning technique for centimeter or decimeter level accuracy. However, it needs long convergence time to get high-accuracy positioning, which limits the prospects of PPP, especially in real-time applications. It is expected that the PPP convergence time can be reduced by introducing high-quality external information, such as ionospheric or tropospheric corrections. In this study, several methods for tropospheric wet delays modeling over wide areas are investigated. A new, improved model is developed, applicable in real-time applications in China. Based on the GPT2w model, a modified parameter of zenith wet delay exponential decay wrt. height is introduced in the modeling of the real-time tropospheric delay. The accuracy of this tropospheric model and GPT2w model in different seasons is evaluated with cross-validation, the root mean square of the zenith troposphere delay (ZTD) is 1.2 and 3.6 cm on average, respectively. On the other hand, this new model proves to be better than the tropospheric modeling based on water-vapor scale height; it can accurately express tropospheric delays up to 10 km altitude, which potentially has benefits in many real-time applications. With the high-accuracy ZTD model, the augmented PPP convergence performance for BeiDou navigation satellite system (BDS) and GPS is evaluated. It shows that the contribution of the high-quality ZTD model on PPP convergence performance has relation with the constellation geometry. As BDS constellation geometry is poorer than GPS, the improvement for BDS PPP is more significant than that for GPS PPP. Compared with standard real-time PPP, the convergence time is reduced by 2–7 and 20–50% for the augmented BDS PPP, while GPS PPP only improves about 6 and 18% (on average), in horizontal and vertical directions, respectively. When GPS and BDS are combined, the geometry is greatly improved, which is good enough to get a reliable PPP solution, the augmentation PPP improves insignificantly comparing with standard PPP.     

单频北斗手持终端PPP定位与精度分析

传统的无电离层组合精密单点定位技术(PPP)只适用于双频观测值,无法充分利用多频观测值的观测信息,限制了PPP技术的发展。对于GPS、GLONASS的PPP静态、动态事后解算研究已比较成熟,但实时北斗PPP还处于研究阶段。鉴于此,对单频北斗实时PPP进行了研究;基于BDS系统,建立了单频北斗PPP模型;利用定制手机进行了测试实验,以验证模型的正确性,并分析了单频北斗手持终端实时PPP的定位精度。     

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%。     

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。     

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。      

北斗三号全球导航卫星系统全球广播电离层延迟修正模型(BDGIM)应用性能评估

2020年6月23日,我国北斗三号全球导航卫星系统正式完成星座全球组网.北斗三号全球导航卫星系统采用新一代全球广播电离层延迟修正模型(BDGIM),为用户提供电离层延迟改正服务.本文利用高精度全球电离层格网(GIM)以及实测BDS/GPS数据提供的电离层TEC作为参考,从延迟改正精度及北斗单频伪距单点定位应用、模型系数...