多系统融合精密单点定位性能分析

利用GPS、GLONASS、Beidou和Galileo 四系统的观测数据以及MGEX精密轨道和钟差产品,研究多系统融合精密单点定位的理论模型,并分析其收敛速度和定位精度。结果表明,静态定位时,Beidou系统收敛较慢,收敛后平面精度优于5 cm,高程精度优于8 cm,四系统融合收敛速度最快,定位精度和GPS接近;动态定位时,Beidou平均收敛时间在110 min以上,平面定位精度优于8 cm, 高程精度优于16 cm,四系统融合显著提升了收敛速度,但是定位精度和GPS相比没有明显提升。在截止高度角大于30°条件下,GPS系统定位偏差较大,而多系统依然能够保证足够数量的可见卫星,从而保证可靠的定位精度。     

GNSS融合动态精密单点定位性能分析

基于武汉大学PANDA软件生成的GPS/GLONASS/BDS/Galileo四系统精密轨道和钟差产品,采用MGEX跟踪站多模观测数据进行试算,对GPS、GPS/BDS、GPS/GLONASS、GLONASS/BDS、GPS/GLONASS/BDS以及GPS/GLONASS/BDS/Galileo 7种模式的动态精密单点定位的精度和收敛性进行比较。结果表明：1）BDS动态PPP收敛速度较慢,收敛后精度能够达到cm级;2）GPS/BDS融合定位北方向分量精度不如GPS单系统定位,但东方向和高程方向分量收敛速度和定位精度都得到改善;GPS/GLONASS和GLONASS/BDS融合定位提高了东方向、北方向和高程方向分量的收敛速度和定位精度;3）GPS/GLONASS/BDS融合定位20 min即可收敛,收敛后平面精度优于1 cm,高程精度优于3 cm;Galileo的引入对收敛速度和定位精度的改善不明显。     

两种伪距IFB模型在多系统融合精密单点定位中的性能分析

选取全球52个MGEX测站连续7 d的数据对两种伪距频间偏差（IFB）模型在多系统融合精密单点定位中的性能进行统计分析,第一种IFB模型是对每个GLONASS卫星估计一个IFB参数,第二种模型则是采用频率号的一次线性函数估计IFB参数。结果表明,静态条件下两种伪距IFB模型在E、N、U三个方向上定位精度相当;动态条件下两种模型在E、U方向上精度相当,第二种模型比第一种模型在N方向上定位精度提高21%。相同条件下两种伪距IFB模型的收敛速度相差较小且均能达到指定精度,而第一种伪距IFB模型需要估计更多参数。因此综合考虑定位精度和收敛时间,在进行多系统融合精密单点定位时建议采用第二种模型进行伪距IFB估计。     

基于SSR信息的GPS实时精密单点定位性能分析

连续接收10 d CNES实时播发的以状态空间表示的数据流信息,数据流的完整性可达91.769%;结合卫星广播星历实时恢复精密卫星轨道与钟差得出,CNES播发的实时数据流轨道三维位置精度优于4.5 cm,钟差精度优于0.09 ns。用得到的卫星轨道和钟差对10个IGS测站10 d观测数据进行精密单点定位解算,得出基于SSR信息的RTPPP可以实现23 min收敛到10 cm精度的定位性能,单天解三维点位精度优于3 cm。     

DCB对精密单点定位精度影响研究

分析精密单点定位观测模型中的卫星钟差改正项(包含硬件延迟偏差改正),给出采用IGS精密卫星钟差产品进行卫星钟差改正时的硬件延迟偏差改正方法.并通过实测数据定量分析硬件延迟偏差改正在静态及动态两种定位方式中的影响.实验结果表明:精密单点定位中,硬件延迟偏差改正对静态定位的影响很小,可以忽略;对动态定位的影响可达到cm级,应该加以考虑.     

不同系统间偏差模型对GPS/BDS/Galileo精密单点定位的影响

基于双频非组合PPP模型,采用常量模型、白噪声模型和随机游走模型对ISB参数进行处理,利用7个MGEX测站10 d的数据进行静态和仿动态实验,并分析3种模型的收敛时间和定位精度。结果表明,在收敛时间方面,随机游走模型和白噪声模型效果一致,总体优于常量模型,静态和仿动态下分别提升15.4%和29.4%;在定位精度方面,随机游走模型和白噪声模型效果相当,较常量模型在E、U方向上精度提升最为明显,静态下E和U方向的精度分别提升约77.7%和32.2%,在仿动态定位中E和U方向的精度分别提升约66%和43.5%。     

基于凸包Graham扫描法的多系统融合精密单点定位快速选星算法

鉴于传统选星算法不能快速获得理想的卫星空间构型,在讨论定位精度计算模型、多系统融合GDOP值影响因素和分析基于凸包Graham扫描的选星算法原理的基础上,编程实现了基于凸包Graham扫描法的多系统融合精密单点定位快速选星算法,并对该算法的选星效果及定位效率进行仿真实验。结果表明,该算法的选星数能够稳定在8~10颗,其星座GDOP得到明显优化,空间构型得到明显改善;与传统方法相比,X、Y、H方向收敛时间的优化率分别达到40%、20%和7%,且定位精度更高,对于促进模糊度快速固定和改善定位效率有重要意义。     

BDS-3精密单点定位性能比较分析

基于西安测绘研究所发布的BDS-3精密轨道和钟差产品,研究B1C-B2a双频组合的卫星端差分码偏差（DCB）改正模型,并分析中国科学院发布的DCB产品的稳定性。采用10个MGEX测站7 d的观测数据,对非差非组合和无电离层组合模型下的B1I-B3I、B1C-B2a两种双频组合的BDS-3精密单点定位精度进行对比分析。结果表明,BDS-3静态定位精度水平方向优于2.0 cm,高程方向优于2.5 cm,收敛时间在31 min左右;模拟动态定位精度水平方向优于3.4 cm ,高程方向优于4.1 cm,收敛时间在60 min左右;B1I-B3I、B1C-B2a两种双频组合定位精度相当且收敛时间较为接近,二者都可用于北斗精密单点定位。     

3种开源精密单点定位软件性能评估

选取全球范围内分布的76个IGS服务站的观测数据,采用RTKLIB、gLAB和G-NUT 3个开源精密单点定位（PPP）软件进行静态模拟动态PPP解算。将不同软件解算的对流层延迟和坐标与IGS提供的参考值进行比较,评估其对流层解算精度、收敛时间以及收敛后的坐标解算精度的差异。结果表明：1）不同软件均可解算得到cm级对流层解算精度,其中RTKLIB的解算精度优于1 cm;2）对于坐标解算而言,G-NUT需要较长时间才能收敛到指定的精度;而收敛后不同软件均可获得cm级的坐标解算精度,其中RTKLIB解算精度最优,但由于数据预处理策略不完善,会导致部分测站产生较大偏差; G-NUT水平方向解算精度与RTKLIB相当,高程方向稍差;gLAB水平方向解算精度较差,高程方向优于G-NUT。     

天线相位中心偏差变化及改正模型对精密单点定位精度的影响

利用精密单点定位程序对IGS站的实测数据进行计算,结果表明:平面方向,天线相位中心偏差和变化对精密单点定位精度影响较小;高程方向,天线相位中心偏差可造成厘米级的影响,天线相位中心变化的影响约5 mm;相比相对天线相位中心改正模型,使用绝对相位改正模型具有更多优点,尤其用于高精度GPS授时其精度明显提高.     

一种顾及GNSS系统间偏差的伪距单点定位方法

对系统间偏差的成分和影响因素进行分析,发现各项改正后残余误差对系统间偏差估值的影响可归结为与卫星编号和广播星历更新相关。提出一种新的顾及参与解算卫星构成的系统间偏差估计方案,新方案能够在仅有4颗多模GNSS卫星可见时提供可靠的位置服务。     

GNSS多系统组合PPP解算方法与成果分析

研究GPS、GLONASS和BDS三系统组合精密单点定位（PPP）,包括函数模型、对流层延迟参数和差分码偏差(DCB)参数的解算方法。利用C++语言编制3系统组合PPP程序,分析MEGX网12个连续跟踪站1周观测数据,结果表明,无电离层组合模型和非组合模型的收敛速度和定位精度相当,同一测站在不同时间的收敛速度无明显差异,但非组合模型采用先验电离层信息约束可提高定位的收敛速度。多系统组合定位能改善PDOP值,提高收敛速度和定位精度;3系统组合PPP的水平坐标精度约3 cm,高程精度约5 cm,优于3个系统单独定位或2个系统组合定位的精度;当卫星遮挡较大时,多系统PPP结果较单系统更为稳定。     

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一种基于Tikhonov正则化的改进多面函数拟合法

多面函数拟合法的平滑系数取值问题一直没有得到很好的解决,为此,提出一种基于Tikhonov正则化的改进多面函数拟合法。该方法引入正则化替代平滑系数,根据泛化误差极小化原则确定正则化系数,规避了平滑系数的不确定性,并去除了原方法核函数个数的约束条件。通过GPS水平速度场拟合的实例对改进方法进行验证,并与原方法的结果进行比较。结果表明,改进方法拟合效果稳定,拟合精度和泛化能力较原方法均有明显提高。     

BDS/GPS/GLONASS组合精密单点定位模型及性能分析

针对精密单点定位中多系统融合的问题,提出BDS/GPS/GLONASS 组合PPP的函数模型及随机模型,实现了基于扩展卡尔曼滤波的BDS/GPS/GLONASS 组合PPP。利用实测数据进行静态及静态模拟动态的BDS/GPS/GLONASS 组合PPP实验,结果表明:1）静态实验中,BDS PPP平均收敛时间约为80 min,水平方向精度优于3 cm,天向精度优于6 cm;GPS PPP与多系统组合PPP定位精度相当,且收敛时间与组合PPP所应用的各系统中收敛较快的单系统PPP的收敛时间相当;2）动态实验中,BDS PPP的平均收敛时间约为105 min,水平方向精度优于7 cm,天向精度优于12 cm;多系统组合PPP的精度要优于单系统PPP,且有效缩短了收敛时间。