CDMA+FDMA非差非组合区域PPP-RTKEI北大核心CSCD

为顺应多频多模发展趋势,PPP-RTK技术正逐步由传统的消电离层组合数据处理模式发展为非差非组合模式。现有非差非组合PPP-RTK研究多针对码分多址(CDMA)系统,而频分多址(FDMA)PPP-RTK受频率间偏差的影响难以实现。本文针对区域参考网,提出了一种CDMA+FDMA多系统非差非组合PPP-RTK模型,该模型能灵活处理多频多模两类信号体制的数据。为了实现FDMA PPP-RTK,本文利用整数可估理论保证了模糊度固定的严密性,该FDMA PPP-RTK模型适用于同款接收机的参考网。本文采集了香港地区连续运行参考网的GPS、BDS、Galileo、GLONASS数据进行试验,数据采样率为30 s。服务端结果表明,由于各产品之间高度相关,对组合产品进行精度评估是有必要的。组合卫星钟差、卫星相位偏差和电离层产品后,精度达到毫米级,满足用户精密改正的要求。用户端仿动态定位结果表明,GPS、BDS和Galileo单系统PPP-RTK分别在5、1和3 min实现了模糊度首次固定,定位误差收敛至厘米级。GLONASS组合GPS实现了首历元模糊度固定,定位精度比GPS单系统提升了9%、12%、14%(东、北、天3个方向)。BDS组合GPS同样能实现首历元模糊度固定,定位精度比GPS单系统提升了29%、22%、18%,额外加入Galileo观测值,定位精度进一步提升了12%、8%、16%。再加入GLONASS观测值,定位精度仍有小幅提升(4%、3%、8%)。     

非差非组合PPP-RTK:模型算法、终端样机与实测结果

智能驾驶、精密农业和无人机等新兴行业要求全球导航卫星系统(GNSS)提供更加快速、准确的导航定位服务。非差非组合PPP-RTK融合了精密单点定位(PPP)和实时动态定位(RTK)两者的优势,能灵活处理多频多模数据并实现区域广覆盖的快速高精度定位。然而,PPP-RTK仍处于技术研发阶段,产业化应用尚未完全成型。本文从理论到实践,构建了码分多址和频分多址非差非组合PPP-RTK模型,开发了相应的实时解算软件,并研制了一款终端样机。基于平均站间距为154 km的京津冀参考网估计的精密改正产品,将终端样机分别搭载在无人机、农机和跑车上,开展了实时动态定位试验。试验结果表明,PPP-RTK终端样机在3个场景下的模糊度首次固定时间分别为5、2和7 s,模糊度固定成功率分别为99.79%、99.14%和98.96%,水平和高程定位精度分别在1 cm和4 cm左右。试验结果证明了自研PPP-RTK终端样机能提供连续、可靠、高精度的定位服务。     

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/Galileo精密单点定位模糊度解算与实验分析

针对提高多频模糊度固定解的GNSS精密单点定位的可靠性与稳定性的问题,该文基于实时非组合相位偏差产品,对三频非差非组合GPS/Galileo PPP的浮点解、固定解模型进行深入研究,并设计了3种定位策略,选取了17个MGEX跟踪站7d的实测数据,分析了三频非差模糊度固定解对静态、仿动态PPP定位精度与滤波收敛时间的影响。结果表明,滤波收敛后,与浮点解策略相比较,固定三频模糊度对高程、水平方向定位精度均有提高,在静态定位模式中提升幅度分别约为20.45%和37.50%,在仿动态定位模式中提升幅度分别约为22.41%和33.33%。在滤波收敛时间方面,相较于浮点解策略的收敛时间,静态与仿动态定位中模糊度固定策略的收敛时间分别提升了约12.57%和6.41%。     

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%。     

BDS-3卫星信号质量及RTK定位分析

为评估北斗三号卫星(BDS-3)信号质量及定位性能,针对BDS-3各频点,使用码减相位和双差相位两种组合观测值分析伪距和相位观测精度;评估了BDS-3和GPS同频观测值之间的系统间偏差;分析了BDS-3/GPS松紧组合单频RTK的定位性能。结果表明,同频条件下,BDS-3伪距观测噪声比GPS更低,相位观测噪声在同一水平;在同类型接收机间,BDS-3/GPS的ISB服从均值为0的正态分布;在RTK定位性能上,单系统仅可实现51～57%的模糊度固定率,多系统可实现90%以上的固定率,改正ISB后的紧组合RTK比松组合RTK在固定率和定位精度上有3.4%和3.2%的提升。总体而言,BDS-3信号质量较好,可与GPS兼容互操作,能够进一步提升GNSS的定位性能。     

Galileo导航系统观测值的质量分析

从信噪比、伪距多路径效应、单差残差和非差观测值精度等方面对进入初始服务初期Galileo导航系统观测值的质量进行了对比分析,最后简要评估了Galileo导航系统的单点定位精度。结果表明:在信噪比方面,Galileo E5最高,E1、E5a和E5b次之且基本相当;在伪距多路径方面,Galileo E1最大,其次分别为E5b和E5a,而E5最小;在单差残差方面,Galileo导航系统单差相位残差基本在±4 mm内,单差伪距残差基本在±0.3 m内;在非差观测值精度方面,Galileo导航系统相位观测值精度E1最高,E5a、E5b和E5次之且基本相当,而伪距观测值精度E5最高,E5b最差;整体上而言,Galileo导航系统观测值的数据质量略优于GPS和BDS;Galileo导航系统单频伪距单点定位的水平精度约为2.2 m,与GPS和BDS的水平定位精度基本相当,而高程精度约为5.2 m,稍差于GPS和BDS,这与可观测卫星数和PDOP有很大的关系。     

GNSS非组合PPP部分模糊度固定方法与结果分析

在精密单点定位(precise point positioning,PPP)技术中,模糊度固定错误将导致严重的定位偏差,为保证PPP模糊度实现更可靠的固定,需对模糊度子集的选取方式进行优化。提出了一种将质量控制与施密特正交化相结合的PPP部分模糊度固定方法。在全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）多系统融合条件下, 选取多模GNSS实验数据,在非差非组合PPP模型中对比分析施密特正交化方法与高度角选星方法,并进行模糊度固定及定位性能验证。结果表明,施密特正交化方法相比高度角选星方法,各天与各站平均历元固定率在静态模式下分别提高了7.74%与11.46%,在仿动态模式下分别提高了7.90%与7.78%;各天与各站的首次固定时间在静态模式下分别提高了22.30%与25.42%,在仿动态模式下分别提高了20.44%与19.65%。在PPP模糊度固定和定位精度方面,多系统融合相比单BDS(BeiDou navigation satellite system)提升效果明显,在95%分位数条件下,水平和高程方向收敛时间分别平均减少20.00 min和19.00 min,水平和高程方向定位精度分别平均改善了1.50 cm和1.12 cm。在非差非组合PPP模型中,采用施密特正交化PPP部分模糊度固定方法可以显著提升模糊度固定性能,改善定位精度。     

基于整数钟的PPP非差模糊度固定方法

非差模糊度固定能够有效提高精密单点定位(PPP)的定位精度和收敛速度,是国内外卫星导航定位领域的研究热点。基于整数钟实现了PPP非差模糊度固定,在非差模糊度逐级固定中分别估计接收机宽巷偏差和窄巷偏差;对宽巷和窄巷模糊度进行改正,从而消除了接收机硬件延迟对模糊度的影响;同时采用取整成功率检验和ratio值检验,保证模糊度固定的可靠性。将以上方法应用到动态精密单点定位中,实验结果表明:仿动态条件下,模糊度正确固定后,东、北向定位精度达到mm级、天向定位精度优于5 cm;动态解算条件下,采用1 s采样间隔数据16 min左右即可实现模糊度的首次固定。PPP固定解在东、北、天3个方向的定位精度分别为1.5、2.7和1.3 cm,相比于浮点解分别提升了61%、40%和38%。     

融合轨道轨迹约束的动态单历元整周模糊度解算方法对比分析

GPS动态单历元定位中,高精度定位的关键是整周模糊度的正确解算。针对这个问题,本文利用载波相位双差模型、载波相位联合伪距、宽巷载波联合宽巷伪距、融合轨道轨迹约束条件4种不同的方法解算分析模糊度的浮点解,并用LAMBDA法对模糊度浮点解进行固定,然后以LGO软件的解算结果作为真值,对比分析几种不同方法的实验结果。实验结果表明,解算模糊度的方法不同,模糊度浮点解的精度、分解速度和成功率均不同,宽巷组合的模糊度解算成功率整体高于载波相位联合伪距的解算成功率,而在宽巷组合的基础上增加轨迹作为约束条件后,其模糊度解算成功率进一步得到提高。融合轨道轨迹约束的模糊度分解方法得益于信息量的增加,在一定程度上能够加快模糊度分解的速度。     

GPS/BDS/Galileo三频精密单点定位模型及性能分析

在精细考虑伪距和载波相位硬件偏差时变特性的基础上,导出了更为严谨的非差非组合观测方程,并给出了非组合模式下两类GNSS偏差的数学表达形式.基于此,本文详细研究了3种常用的三频精密单点定位(PPP),即无电离层两两组合IF1213、单个无电离层组合IF123与非组合UC123函数模型的独立参数化方法,系统分析了3种PPP...     

PPP-RTK模糊度快速固定算法研究

将网络RTK（NRTK）与精密单点定位（PPP）技术优势融合的PPP-RTK技术,已经成为目前精密定位研究的热点. 本文提出一种将模糊度快速固定的解决方案,优化了PPP-RTK的模糊度固定解的算法,使得模糊度估计可靠性提高. 在实验中,利用国际GNSS服务（IGS）测站的实测数据进行了PPP-RTK定位解算. 结果统计表明:利用该算法对静态数据进行定位处理,其中数据收敛时间达到厘米级需要20 min,其中在平面位置方向的定位精度优于3 cm,在高程方向上的定位精度优于5 cm.      

BDS/Galileo四频精密单点定位模型性能分析与比较

北斗卫星导航系统和Galileo卫星系统都可以提供4个频率信号上的服务。本文通过与双频无电离层模型（DF）比较,评估分析了4种BDS/Galileo四频PPP模型性能,即四频无电离层双组合模型（QF1）、四频无电离层组合模型（QF2）、四频非差非组合模型（QF3）和附加电离层约束四频非差非组合模型（QF4）,同时通过等价性原则理论上证明了QF1、QF2、QF3模型的等价性。此外,用1个月参考站的静态数据和1组动态数据分析了四频静态,仿动态和动态PPP性能。试验结果表明,BDS-3 B1C和B2a新频点伪距噪声要略大于B1I和B3I信号,Galileo卫星4个频率上的伪距噪声相差并不明显。对于静态和仿动态PPP模型,QF1、QF2和QF3模型定位性能基本上一致。通过附加外部电离层约束,四频PPP模型性能受到影响,BDS（BDS-2+BDS-3）静态QF4模型相比于QF1、QF2和QF3模型平均收敛时间分别减少了4.4%、4.4%和5.4%,Galileo静态Q4模型平均收敛时间相比于Q3模型增加了16.8 min。对于动态PPP,四频PPP模型相比于双频PPP性能得到提升显著,相比于QF1模型,BDS和Galileo单系统QF4模型三维定位精度分别提高了11.4%和31.4%。BDS/Galileo双系统PPP性能要优于单系统PPP。     

基于相对定位模型的GPS-Galileo组合定位研究

随着Galileo系统的逐步建成并投入使用,以及GPS的现代化,如何利用双系统多频率的组合观测值进行高精度定位已成为目前业内关注的热点问题。本文从传统的GPS双差观测方程出发,推导出了GPS-Galileo组合定位的数学模型,提出了其组合定位中的多频周跳探测方法和整周模糊度快速求解的方法。最后利用模拟软件对GPS、Galileo以及GPS-Galileo三种定位方式对不同长度基线的解算精度进行了比较分析,实验结果证明了所提方法的正确性和可行性。     

单历元非差GPS定位函数模型

依据GPS测量原理，导出非差模糊度和双差模糊度，分析一省的组成与特性。原始非差GPS定位函数模型中，设计矩阵秩亏，非差模糊度不具备整数特性，故提出参数重整，将非差模糊度转换为双差模糊度，推出基于参数重整的单历元非差GPS定位函数模型。     

利用单频GPS／Galileo组合观测值的导航性能分析

针对不同观测值的初始方差比值,对比GPS／Galileo组合单点定位的结果。利用不同测站的观测数据和广播星历数据进行单频GPS／Galileo组合单点定位试验。结果表明,组合GPS／Galileo单点定位的平面方向精度优于2m,高程方向精度优于4m,点位精度优于5m;相比于GPS单系统,GPS／Galileo组合系统在平面方向的定位精度略有提高,高程方向的定位精度改善率为11％。同时给出基于4颗IOV卫星的Galileo单点定位结果。     

GPS/Galileo long baseline computation: method and performance analyses

Modernized GPS and Galileo will provide triple-frequency signals for civil use, generating a high interest to examine the improvement of positioning performance using the triple-frequency signals from both constellations over baselines up to hundreds or thousands of kilometers. This study adopts a generalized GPS/Galileo long-range approach to process the mutually compatible GPS and Galileo triple-frequency measurements for high-precision long baseline determination. The generalized approach has the flexibility to deal with GPS and Galileo constellations separately or jointly, and also the capability to handle dual or triple-frequency measurements. We compared the generalized long-range approach with the Bernese v5.0 software on two test baselines located in East Asia and obtained highly compatible computational results. Further, in order to assess possible improvement of GPS/Galileo long baseline determination compared with the current dual-frequency (L1/L2) GPS, we simulated GPS and Galileo measurements of the test baselines. It is shown that the current level of accuracy of daily baseline solutions can be improved by using the additional Galileo constellation. Both the additional constellation and the triple-frequency measurements can improve ambiguity resolution performance, but single-constellation triple-frequency ambiguity resolution is more resistant to the influences of code noise and multipath than dual-constellation dual-frequency ambiguity resolution. Therefore, in environments where large code noise or multipath is present, the use of triple-frequency measurements is the main factor for improving ambiguity resolution performance.