利用广播星历和区域参考网实现实时精密单点定位算法研究

提出并实现了一种基于广播星历和区域参考网的实时精密单点定位的新算法——NAPPP(network augmented precise point positioning)。采用可实时获取的广播星历,将用户站与附近的若干参考站一起联合处理,实时估计用户站位置参数以及导航卫星轨道和钟差改正数。实验结果表明,NAPPP算法静、动态实时定位精度分别为1～2cm和2～6cm,其定位精度和收敛速度明显优于基于IGS最终轨道和30s钟差的PPP定位结果,与基于CODE最终轨道和5s钟差的PPP定位结果相当。     

连续运行参考站网的演化与发展趋势

立足于卫星导航与定位领域的研究现状,阐述了连续运行参考站网(CORS)的初步概念,对其概念的衍化和相关技术的发展作了简要叙述,介绍了其在该领域的国内外研究和建设现状,详细分析了CORS及空间信息技术在我国的发展趋势,指出我国建设大规模连续运行参考站网的意义所在。     

GPS参考站网建设的研究

本文论述了作者对GPS参考站建设技术的研究,包括GPS参考站网的概念、性能技术指标、类型选择及其优缺点分析、建设基本参考站网的过程,并展望了建立山东省GPS参考站网的美好前景。     

星座异构基准站网虚拟参考站数据生成方法

针对各地现有卫星导航定位基准站可用星座存在差异性的问题,提出了按星座分别生成虚拟参考站数据的方法。该方法通过修正接收机钟差影响,实现了多个参考站作为主参考站生成同一个站点的虚拟观测值,有效避免了单个主参考站星座兼容性的影响,可为流动站提供更多的可用卫星。试验针对部分基准站不兼容北斗卫星的情况,分别在开阔区域和房角区域测试了按星座组网前后流动站的定位性能。结果显示：更多基准站参与服务能够改善虚拟参考站数据质量;按星座组网后流动站的定位质量更优,尤其可以显著改善流动站在房角等有遮挡区域的可用性和定位质量。研究成果对于有效整合当前各类基准站数据资源、提升服务对星座的兼容性具有实用价值。     

建立我国卫星定位连续运行站网的若干思考

回顾了全球卫星导航系统 (GNSS)卫星定位连续运行站网 (CORS)技术的发展历史 ,描述了这一技术当前发展的动态和特点 ,指出了中国当前发展这一技术中存在的几个问题。在此基础上 ,提出了在中国发展这一技术的若干建议和思路及建立区域参考站网、专业应用网和国家参考站网三种网络层次的概念 ,阐述了它们的关系 ,并建议以此思路来建立中国各层次卫星定位连续运行站网的建设运行规范。     

基于GPS基准站网的GPS测量

采用基于GPS基准网的GPS测量可以提高GPS测量的可靠性和准确性 ,可以消除和减小GPS测量观测值中与时间和空间相关的大气误差和轨道误差的影响 ,使中、长距离快速静态定位和RTK动态定位成为现实 ,还具有可直接得到WGS84Z坐标等优点。本文介绍基于GPS基准站网的GPS测量 ,简要地论述GPS虚拟参考站法VRS和区域改正数法FKP的原理、方法和特点 ,以及目前实施中存在的一些问题     

PPP/PPP-RTK新进展与北斗/GNSS PPP定位性能比较

首先简要回顾了精密单点定位(PPP)技术在最近几年的发展现状,重点总结了高采样率钟差实时快速估计、多系统组合PPP模糊度固定、多频GNSS PPP模型及其模糊度固定、PPP快速初始化、PPP-RTK等若干热点方向的最新研究进展。在此基础上,利用目前四大卫星导航系统(GPS、GLONASS、Galileo、北斗)最新的实际观测数据,全面比较分析了各系统及多系统组合PPP定位性能,重点给出了北斗二号+北斗三号PPP浮点解和固定解的定位精度、收敛时间和首次固定时间。结果表明:我国北斗导航卫星系统已经可以实现与其他导航卫星系统基本相当的PPP定位性能。北斗二号+北斗三号组合PPP的收敛时间/首次固定时间20～30 min;静态解的东、北、天方向定位精度在毫米到厘米级;动态解水平方向约5 cm,高程方向约7 cm;多系统组合可显著提高PPP定位精度、收敛时间和首次固定时间:固定解定位精度比浮点解在东、北、天方向分别提升了14.8%、12.0%和12.8%;相比单GPS,多系统组合PPP浮点解的收敛时间和固定解首次固定时间分别缩短了36.5%和40.4%。     

PPP/PPP-RTK新进展与北斗/GNSS PPP定位性能比较

首先简要回顾了精密单点定位（PPP）技术在最近几年的发展现状,重点总结了高采样率钟差实时快速估计、多系统组合PPP模糊度固定、多频GNSS PPP模型及其模糊度固定、PPP快速初始化、PPP-RTK等若干热点方向的最新研究进展。在此基础上,利用目前四大卫星导航系统（GPS、GLONASS、Galileo、北斗）最新的实际观测数据,全面比较分析了各系统及多系统组合PPP定位性能,重点给出了北斗二号+北斗三号PPP浮点解和固定解的定位精度、收敛时间和首次固定时间。结果表明：我国北斗导航卫星系统已经可以实现与其他导航卫星系统基本相当的PPP定位性能。北斗二号+北斗三号组合PPP的收敛时间/首次固定时间20~30 min;静态解的东、北、天方向定位精度在毫米到厘米级;动态解水平方向约5 cm,高程方向约7 cm;多系统组合可显著提高PPP定位精度、收敛时间和首次固定时间：固定解定位精度比浮点解在东、北、天方向分别提升了14.8%、12.0%和12.8%;相比单GPS,多系统组合PPP浮点解的收敛时间和固定解首次固定时间分别缩短了36.5%和40.4%。     

GPS网络RTK的算法研究

在某一区域内建立多个(一般为三个或三个以上)GPS基准站,对该地区构成网状覆盖,并以这些基准站中的一个或多个为基准计算和发播GPS改正信息,对该地区内的GPS用户进行实时改正的定位方式,称为GPS网络RTK,又称为多基准站RTK。除这些基准站外,通常还包括一个系统监控中心和若干用户构成。与常规(即单基准站)RTK相比,该方法的主要优点为覆盖面广,定位精度高,可靠性高,可实时提供厘米级定位。总的来说,网络RTK的关键问题可分为两个方面,一是基准站的综合误差计算,主要是基准站的模糊度确定问题;二是流动站的综合误差消除与定位,即流动站的模糊度解算问题。当基准     

GNSS RTK实时自适应换站方法

在中长基线的GNSS动态相对定位中,随着基线长度的增加,参考站与流动站之间误差的相关性会下降,导致模糊度无法快速固定,定位性能下降。在多GNSS参考站条件下,可以通过自适应选择距离更近的参考站,形成更加合理的基线,以保障RTK定位的精度。为解决换站后重新初始化模糊度所带来的定位结果重新收敛问题,本文提出了一种GNSS RTK实时自适应参考站换站算法,引入原参考站与新参考站之间的双差模糊度作为辅助,从而得到准确的新参考站与流动站之间的双差模糊度先验信息,避免了换站后模糊度的重新初始化,得到了连续的高精度定位结果。该方法可适用于实时定位,能够满足大范围RTK高精度连续定位的需求。利用香港CORS站数据进行验证,结果表明,本文换站算法能够克服换站导致的定位重收敛问题,且能够保障换站前后获得连续的高精度定位结果。     

Analysis of GPS RTK performance using external NOAA tropospheric corrections integrated with a multiple reference station approach

For high-accuracy geodetic applications, time-variable tropospheric propagation delay errors limit global positioning system real-time kinematic positioning accuracy. Potential improvements in positioning accuracy are evaluated by using the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) real-time tropospheric corrections (herein called NOAA model) within a multiple reference station network approach. The results are compared with those for modified Hopfield tropospheric model corrections, for six scenarios in three geographical regions in the U.S. National Geodetic Survey network of Continuously Operating Reference Stations, for baseline lengths of 60~150 km. Analyses are conducted at rover locations for relatively humid days, and misclosures for various double difference observations are computed; these observations include each frequency (L1 and L2) and three linear combinations [wide lane, ionosphere free (IF), and geometry free]. The effectiveness of the network approach is demonstrated, with overall performance improvements of 15 and 19%, using the modified Hopfield and the NOAA model, respectively. The IF linear combination, a measure of tropospheric and orbital errors, shows a 3% improvement for the NOAA model compared with the modified Hopfield model.     

GPS参考站网络的多路径误差建模技术研究

通过研究多路径误差的周日重复性特征,将参考站网络多路径历史数据用于减弱参考站网络基线解算中的多路径效应影响,以提高网络解算(尤其指低高度角卫星和新升卫星)的初始化进程及可靠性。通过分析多路径误差的产生机理,研究多路径误差与信噪比信息的强相关关系,建立信噪比相关网络内插模型(SNRIM),用于流动用户位置高精度多路径改正数的实时计算。最后通过四川GPS观测网络实验,验证上述方法在网络高精度实时定位领域应用的有效性及可靠性。     

基于一阶模型补偿的GNSS RTK参考站数据预报策略

针对相对定位过程中基准站通信中断的情况,本文作者提出了一种对基准站数据进行高精度预报,维持向参考站提供延迟差分修正信息的思路. 对影响全球卫星导航系统(GNSS)观测值预报的卫星星历误差、电离层、对流层等误差源进行分析,比较了各类误差源对延迟时长的敏感程度. 实验结果显示:预报误差随着预报时长增加线性累积,且与卫星高度角负相关;当高度角低于10°时,预报5 min造成的误差可达174.6 cm. 同时,为提高数据预报精度,利用一阶线性模型计算误差累积速率,并补偿至预报观测值. 补偿后,上述预报累积误差削弱至64.4 cm. 定位结果表明:当基准站数据缺失1 min时,经一阶线性模型补偿预报后,零基线实时定位(RTK)定位结果在,东(E)、北(N)、天(U)三个方向均方根误差(RMSE)分别为0.37 cm、0.41 cm、0.86 cm,较未补偿时提升71.1%、77.2%和90.0%;当预报延迟为5 min时,仍能保持cm级解算精度.      

Improved PPP performance in regional networks

It has been demonstrated that precise point positioning (PPP) is a powerful tool in geodetic and geodynamic applications. As is known, it provides solutions in the reference system of the satellite orbits. We focuses on the strategy to transform PPP solutions into the International Terrestrial Reference System (ITRS) by applying a set of local Helmert transformation parameters obtained from a regional network rather than using global parameters. In order to carry out this test, a regional network composed of 14 stations was analyzed using GIPSY-OASIS II software, over a period of 6 years. Two solutions differently aligned to the ITRS were compared in terms of accuracy, scattering, frequency content and local movements. One solution is aligned to IGb08 through the X-files provided by JPL, while the other is aligned to the European reference frame densification of IGb08 using customized regional X-files. Therefore, both are updated realizations of the ITRS. The test shows that a regional, instead of a global, alignment to the ITRS can significantly improve the repeatability of the solutions. A small improvement can also be found in terms of agreement with the regional densification of IGb08. The analysis of the signal content in the differently aligned time series allowed some differences to be found, in terms of both frequency and magnitude. These differences are mainly due to an evident common signal that is defined for the whole area and which is removed when using regional alignment. Finally, residual scattering was calculated after removing the modeled signals from each time series, which results in a scatter being significantly smaller for the regional solution than for the global solution. In order to obtain these results, the choice of the reference stations is a major question and therefore discussed in detail.     

基于格网化高精度卫星导航定位服务方法的网络RTK精度分析

针对一种在虚拟参考站(VRS)技术基础上,进行改进的基于格网化高精度卫星导航定位服务方法,测试并分析了该方法格网划分分辨率不同对网络实时动态定位(RTK)精度的影响,在常规格网划分条件下,选取动态场景的应用数据,分析了该方法的网络RTK动态应用精度. 测试结果表明:随着格网划分距离增加,网络RTK精度随距离增加会降低. 其中,2′×2′和4′×4′格网划分模式下,定位残差序列除个别异常点外,几乎都在厘米以内,且精度统计相当,故可以选择4′×4′作为常规格网划分,满足少量相对固定的虚拟格网点观测量计算,且定位精度维持在厘米级. 常规格网划分条件下,RTK动态跑车定位水平残差序列为厘米级,高程残差序列在分米级,能够达到动态应用精度要求.      

GPS/VRS 参考站网络的对流层误差建模技术研究

在虚拟参考站(VRS)技术中,参考站与流动站间的高程差异会引起对流层误差改正数中存在系统偏差影响,使对流层改正精度降低。在常规网络内插改正模型的基础上,借助先验对流层模型,提出了一种能自主修正高程偏差的距离相关对流层网络内插模型(MHDIM)。基于四川GPS连续运行参考站网络(Sichuan GPS Reference Station Network-SGRSN)实际测试数据的分析表明,对于地形变化较大的中长距离稀疏GPS/VRS参考站网络(如流动站与参考站间高程差异大于500m),应用MHDIM模型可使对流层延迟误差改正精度提高到2到3cm并实现cm级网络RTK定位结果,适用于GPS/VRS参考站网络cm级实时动态定位要求。     

网络RTK基准站间的模糊度及空间相关误差解算

利用载波相位双差观测值的宽巷和无电离层组合固定部分模糊度参数,并采用Kalman滤波算法估计残余的对流层延迟;然后对观测值进行改正,剔除对流层延迟误差,从而提高剩余模糊度参数的固定率;最后估计双差电离层延迟。文中采用美国CORS网的GPS数据进行实验,实验结果表明,自适应滤波算法可明显提高残余对流层延迟的解算精度和模糊度的解算效率;固定模糊度并改正对流层和电离层延迟,差分定位精度得到很大提高。     

基于 EEMD 和 Husrt 指数的 GNSS 基准站的垂向速率估计

连续的全球卫星导航系统(GNSS)基准站的坐标时间序列中包含了复杂的噪声信号、非构造形变及其它因素的影响,尤其在垂直方向,对GNSS基准站在国际地球参考框架(ITRF)下的运动速率估计产生了较大的干扰。为进一步提高速率精度,文中采用整体模态分解(EEMD)方法对GNSS基准站的垂向观测时间序列进行分解,并根据各种信号的Hurst值进行分类及重构为噪声信号、季节性信号和长期趋势信号,采用最小二乘方法拟合长期趋势信号得到垂向速率。通过对中国大陆构造环境监测网络(CMONOC)的GNSS台站从2001—2013年近13a的垂向坐标时间序列的实例分析,采用基于EEMD和Husrt指数的最小二乘法能够准确地估计GNSS基准站的垂向速率。     

长距离网络RTK区域电离层延迟实时改正

针对网络RTK基线过长时电离层延迟的相关性就会减弱的问题,本文提出了一种长距离网络RTK区域电离延迟改正模型。首先利用已知载波值和确定的非差参考模糊度计算基准站的电离层延迟,进而传播至流动站,最后内插计算流动站电离层延迟,得到电离层延迟改正。通过实测CORS数据进行验证,结果表明,该算法可使长距离网络RTK达到厘米级精度的定位结果。