精密单点定位整周模糊度快速固定

提出利用GPS参考网估计电离层延迟、卫星相位偏差的算法,用于实现区域内精密单点定位(Precise Point Positioning, PPP)的整周模糊度快速固定.利用站间距约为100~200 km的参考网进行实验,结果表明:电离层延迟的内插和外推精度均优于1 dm,卫星相位偏差估值的日内变化不超过0.2周;此外,单天内不同时刻始,固定PPP整周模糊度所需时长最多不超过10 min,且当模糊度成功固定后,三维位置解较之相应浮点解的精度改善优于80%.新算法可望解决PPP普遍存在的收敛时间过长问题,增强了PPP技术的实用性.     

精密单点定位整周模糊度快速固定

提出利用GPS参考网估计电离层延迟、卫星相位偏差的算法,用于实现区域内精密单点定位(Precise Point Positioning, PPP)的整周模糊度快速固定.利用站间距约为100~200 km的参考网进行实验,结果表明:电离层延迟的内插和外推精度均优于1 dm,卫星相位偏差估值的日内变化不超过0.2周;此外,单天内不同时刻始,固定PPP整周模糊度所需时长最多不超过10 min,且当模糊度成功固定后,三维位置解较之相应浮点解的精度改善优于80%.新算法可望解决PPP普遍存在的收敛时间过长问题,增强了PPP技术的实用性.     

一种能实现单频PPP-RTK的GNSS局域参考网数据处理算法

全球范围内大量布设的GNSS(Global Navigation Satellite System)参考网为精密定位、导航和授时等应用提供了丰富的数据资源.基于局域参考网,先后发展了若干侧重实现双频精密定位的技术,如NRTK(Network Real Time Kinematic),PPP(Precise Point Positioning)和PPP-RTK等.其中,PPP-RTK融合了NRTK和PPP的技术优势,是目前相关研究的热点.本文改进了利用局域参考网提取各类改正信息的算法,以便于实现单频PPP-RTK,具体步骤包括:1) 逐参考站实施非组合PPP,并固定已知站星距和卫星钟差,预估电离层延迟、浮点模糊度等参数;2)联合所有参考站的PPP模糊度预估值,通过重新参数化,形成一组双差整周模糊度和接收机、卫星相位偏差;3) 固定双差整周模糊度,精化求解卫星相位偏差和各参考站PPP电离层延迟.基于网解中用到的卫星轨道和钟差,以及网解所提供的卫星相位偏差和(内插的)电离层延迟,参考网内的单频流动站即可实施PPP-RTK.基于澳大利亚某连续运行参考站网和流动站的实测数据,考察了:1) 参考网数据处理中,双差模糊度的固定成功率(98.89%)和卫星相位偏差估值的时间稳定性(各连续弧段优于0.2周);2)流动站处电离层延迟的内插精度(优于10 cm);3)单天内任一历元起算,固定静态(动态)单频PPP整周模糊度所需时长(均不超过10 min);4) 模糊度固定前后,单频动态PPP的定位精度(模糊度固定后,平面和天顶RMS分别优于5 cm和10 cm;模糊度固定前,相应RMS仅为28~53 cm).     

基于服务系统的实时精密单点定位技术及应用研究

讨论了实时精密单点定位的若干关键技术,着重研究了实时精密钟差估计算法;利用全球40个IGS跟踪站连续、实时的观测数据流进行实时精密卫星钟差估计,解算出的实时精密钟差与CODE事后精密钟差具有较好的一致性,二者互差的RMS优于0.2 ns.采用实时估计的卫星钟差和IGS发布的超快速精密卫星轨道进行实时精密单点定位模拟实验,结果表明：经过大约15~30 min初始化后,实时精密单点定位滤波收敛之后水平方向的定位精度优于5 cm,高程方向的精度优于10 cm,能满足在该精度级别的实时用户的定位需求.处理汶川地震期间震区的GPS观测数据,结果表明实时精密单点定位能够探测地震发生期间的地面同震位移.     

基于DORIS数据的JASON-2卫星精密定轨分析

高精度的卫星轨道确定是卫星应用的基础和保证,本文以新一代DORIS接收机观测数据DORIS 3.0的相位观测数据为基础,研究了相位观测数据与传统的DORIS距离变化率数据的转换方法,并以JASON-2卫星为例,基于卫星动力学定轨原理,分析了不同数据类型、不同定轨方案得到的卫星轨道精度.结果表明,1)利用3天弧段的DORIS 2.2格式距离变化率数据和数据文件提供的相位中心偏差改正,或者采用模型对天线相位中心偏差进行改正并同时对地面测站进行偏心改正时,两种方案得到的轨道三维位置精度基本一致,均优于8.7cm,说明新一代DORIS接收机相位中心稳定,变化较小,采用模型进行偏差修正完全能够满足定轨精度要求.2)采用3.0格式的DORIS数据以及天线相位中心偏差修正模型和地面测站偏心改正模型时,得到的卫星定轨精度略有降低,大约为9.2cm;SLR校核残差约为6.5cm(均方根误差).3)采用2.2和3.0两种格式的DORIS数据,利用不同的定轨方案对JASON-2卫星进行精密定轨,均可以达到2cm左右的径向定轨精度,不同的定轨方案对径向定轨精度的影响可忽略不计.因此,对于最关心卫星径向定轨精度的海洋测高卫星而言,采用本文的数据格式转换方法和定轨方案,完全可以满足其定轨任务需求.     

基于星载GPS的HY-2卫星高精度精密定轨模拟研究(英文)

HY-2卫星是我国第一颗测高卫星,其径向定轨精度要求厘米量级,搭载了星载GPS接收机。目前HY-2还处于测试阶段,没有公布观测数据。为了确定基于星载GPS的HY-2精密定轨流程及其定轨精度,本文模拟了HY-2卫星星载GPS观测数据,结果表明HY-2星载GPS天线每个历元至少观测7颗GPS卫星。给出了基于星载GPS的精密定轨流程,分别采用简化动力学方法和动态几何法进行了精密定轨实验。对于相位1mm和3mm随机误差的相位观测数据,简化动力学法和动态几何法定轨都能够实现厘米量级的径向精密定轨,几何法定轨精度略低于简化动力定轨。地球重力场模型是影响HY-2卫星精密定轨的重要因素,本文对不同阶次的重力场模型EIGEN2、EGM96、TEG4和GEMT3进行了简化动力学定轨实验,高于50阶次的重力场模型都能够实现厘米级径向精密定轨,主要原因在于大量的高精度星载GPS观测数据和重力场模型精度的提高。     

北斗区域卫星导航系统基本导航定位性能初步评估

北斗区域卫星导航系统(也称北斗2代1期)于2012年12月27日正式开始运行,系统由14颗卫星组成,包括5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中圆地球轨道卫星.本文初步评估了北斗区域卫星导航系统建成运行后的基本导航定位性能,包括卫星可见性、位置精度衰减因子、伪距和载波相位观测量精度、单点定位和差分定位精度以及模糊度解算性能等.通过实验分析可知:北斗伪距和载波相位测量精度已与GPS处在同一水平,伪距测量精度约为33 cm,载波测量精度约为2 mm;北斗伪距单点定位水平精度优于6 m,高程精度优于10 m,已满足设计要求;北斗区域卫星导航系统已具备独立的双频RTK定位能力,其单历元双频模糊度解算成功率几乎与GPS相当;北斗载波相位差分定位精度与GPS相位差分定位处在同一水平,超短基线情况下,定位精度优于1 cm,而在短基线情况下优于3 cm;北斗与GPS组合定位时,模糊度解算的固定率和可靠性均显著提高;在短基线情况下,北斗/GPS组合载波相位差分动态定位精度相对于单一的GPS定位的改善可达20%以上;北斗单频伪距差分定位精度优于2.5 m,与GPS相比仍存在较大差距,其主要原因可能为北斗GEO卫星伪距多路径误差较大.     

基于GNSS网络的实时精密单点定位及精度分析

基于局域GNSS网络,以历元间、星间差分技术实时估计了GPS卫星相对钟差的历元间差值;针对所估计实时精密钟差的特征,推导了实时精密单点定位的估计模型.对所估计得到的相对钟差的历元间差值、实时定位结果分别进行了比较、分析.结果表明,相对钟差的历元间差值与IGS的最终星历相比其精度可以达到0.08 ns;每小时观测的实时静态定位结果在N、E、U三个方向的精度分别为1.47、3.62、4.09 cm.动态模式,实时结果在N、E、U三个方向的精度分别为2.63、3.82、5.20 cm.与采用IGS最终轨道和钟差解算的结果相比较,实时计算结果优于采用精密轨道和精密钟差计算结果.     

单频GPS接收机动态定位的相位与伪距联合算法及其周跳检测

利用单GPS接收机进行实时动态差分时，相位观测值周模糊度的实时确定比较困难；而利用伪距观测值求解位置虽不存在解算整周模糊度问题，但观测噪声较大，将相位和伪距联合起来处理，给予相位和伪距观测值不同的权，在一定程度上改善了法方程的病态性质，解算精度高于单纯的伪距差分，接近单纯的相位差分精度，同时给出了相位与伪距联合算法的数学模型和数值结果，并讨论了动态定位中的周探测方法。     

利用精密单点定位求解电离层延迟

近年来,高时空分辨率的全球导航卫星系统(GNSS)观测信号已成为电离层研究的重要资源.利用GNSS研究电离层,需首先将观测资料转换成包含电离层信息的可观测量(Ionospheric Observables,称之为"电离层观测值").目前,最常用的电离层观测值一般采用联合无几何影响组合的码和相位观测,利用相位平滑伪距方法计算得到(称之为"平滑电离层观测值"),但该过程易受平滑弧段长度和与测站有关的误差(如多路径效应和观测噪声)的影响.本文提出利用精密单点定位(Precise Point Positioning, PPP)提取电离层观测值(称之为"PPP电离层观测值",形式与平滑电离层观测值相同).与相位平滑伪距相比,IGS发布的卫星轨道、钟差产品可被PPP合理利用,从而有效减少了待估参数,使得电离层观测值的估计精度得到改善.基于短基线和零基线实验,通过考察两类电离层观测值的站间单差结果在各卫星弧段间的离散程度,验证了PPP电离层观测值的可靠性:以某两天的短基线实验结果为例,与测站有关的误差对PPP电离层观测值的影响分别为对平滑电离层观测值影响的44.4%和35.7%,表明PPP电离层观测值更利于高精度电离层建模、预报等研究.     

The usability of the undifferenced positioning techniques in establishing regional geodetic control networks: a case study in Poland

Recently undifferenced Precise Point Positioning (PPP) technique has become a subject of interest not only among researchers, but also satellite positioning practitioners like surveyors and engineers. Along with the development of precise clocks and orbits products, and the improvement of models mitigating interfering phenomena like atmospheric refraction, PPP has become an alternative to relative positioning in many field applications. This study concerns the usability of Undifferenced Positioning techniques in establishing geodetic control networks. Satellite observations from 13 stations equipped with high-end receivers and survey grade commercial receivers were processed using the NAvigation Package for Earth Observation Satellites -NAPEOS v. 3.3.1. In the study the standard PPP (float) and Undifferenced Network solution with clocks/orbits fixed strategies of post-processing were carried out using various observing intervals (30 min., 1 h, 2 h, 4 h, daily). The high accuracy results obtained with PPP and UD Network solution predisposes these strategies for the use in surveying tasks requiring even centimeter positioning accuracy.     

非差非组合电离层加权PPP-RTK/INS紧组合模型

PPP-RTK是一种可实现快速模糊度固定的精密单点定位（PPP）技术,它的组成包括由多个接收机构成的网端用于生成各类精密改正产品,以及单站构成的用户端以实现快速高精度定位.当网端是中等尺度参考网,即参考站之间的站间距在百余公里,有必要引入电离层加权模型,其优势在于能够增强PPP-RTK函数模型.此外,从非差非组合观测值层面出发,其能够兼容单/双频用户.然而,单凭卫星导航定位技术很难在复杂环境下提供连续导航定位服务.本文从理论到应用,基于非差非组合电离层加权PPP-RTK模型,构建了单/双频PPP-RTK/INS紧组合模型.在距离最近参考站约70 km的区域进行了两次车载实验,并分别利用单/双频PPP-RTK以及PPP-RTK/INS紧组合模型的实时处理结果进行分析.结果表明,双频PPP-RTK/INS紧组合在半城市环境能从分米级定位提升至厘米级定位,重收敛时间从11 s提升至3.6 s.以水平偏差小于0.2 m评估定位可用率,双频PPP-RTK/INS紧组合模型在半城市环境和复杂城市环境中分别可实现100%和96.97%.考虑车道级定位,单频PPP-RTK/INS紧组合模型在半城市和复杂城市环境内分别可实现分米以及亚米级定位,其在水平偏差在0.5 m内的可用率分别为98.97%和76.1%.

     

实时GNSS地震仪系统实现及精度分析

高频GNSS数据实时精密单点定位(RTPPP)可实时获得地表瞬时动态形变和地震波信号,为地震参数快速确定、地震快速响应及海啸预警提供实时的观测资料.本文构建了实时GNSS地震仪系统,主要包括RTPPP和实时探测两部分.利用RTPPP 方法处理了模拟的震动实验平台实验数据和2010年Baja California地震的数据,并与惯导(IMU)、事后PPP和差分相对定位结果比较,定量评估了实时GNSS地震仪系统的精度.结果表明,该系统可实现水平方向优于1cm,高程方向优于3cm的实时定位,且对Baja California地震的实时探测结果与南加州地震数据中心公布的结果相一致.     

Preliminary assessment of the navigation and positioning performance of BeiDou regional navigation satellite system

BeiDou regional navigation satellite system(BDS)also called BeiDou-2 has been in full operation since December 27,2012.It consists of 14 satellites,including 5 satellites in Geostationary Orbit(GEO),5 satellites in Inclined Geosynchronous Orbit(IGSO),and 4 satellites in Medium Earth Orbit(MEO).In this paper,its basic navigation and positioning performance are evaluated preliminarily by the real data collected in Beijing,including satellite visibility,Position Dilution of Precision(PDOP)value,the precision of code and carrier phase measurements,the accuracy of single point positioning and differential positioning and ambiguity resolution(AR)performance,which are also compared with those of GPS.It is shown that the precision of BDS code and carrier phase measurements are about 33 cm and 2 mm,respectively,which are comparable to those of GPS,and the accuracy of BDS single point positioning has satisfied the design requirement.The real-time kinematic positioning is also feasible by BDS alone in the opening condition,since its fixed rate and reliability of single-epoch dual-frequency AR is comparable to those of GPS.The accuracy of BDS carrier phase differential positioning is better than 1 cm for a very short baseline of 4.2 m and 3 cm for a short baseline of 8.2 km,which is on the same level with that of GPS.For the combined BDS and GPS,the fixed rate and reliability of single-epoch AR and the positioning accuracy are improved significantly.The accuracy of BDS/GPS carrier phase differential positioning is about 35 and 20%better than that of GPS for two short baseline tests in this study.The accuracy of BDS code differential positioning is better than 2.5 m.However it is worse than that of GPS,which may result from large code multipath errors of BDS GEO satellite measurements.     

Sub-Daily Earth Rotation Parameters and the International GPS Service Orbit/Clock Solution Products

Tidally induced sub-daily Earth Rotation Parameters (ERP) variations, when not properly accounted for, can cause apparent orbit and ERP rate errors, which can significantly exceed the IGS solution errors. All International GPS Service (IGS) Analysis Centers currently apply the conventional sub-daily ERP model in their transformations from ITRF (International Terrestrial Reference Frame) to ICRF (International Celestial Reference Frame), both of which are used for IGS global analyses. However, some IGS Analysis Centers did not apply the sub-daily ERP model when transforming ICRF orbit solutions to ITRF, which is used for IGS orbit/clock products. This transformation inconsistency can cause significant orbit RMS differences that could exceed the 5-cm level. Independent ERP rate solutions are sensitive even to small errors in the sub-daily ERP model, and can be used to verify the sub-daily ERP model at, or below 0.1 mas/day precision level.The Precise Point Positioning (PPP) via precise station position solutions with the IGS orbit/clock combined products, provides an ideal interface to access the IGS realization of ITRF. PPP also yields precise station clock and tropospheric zenith delays (TZD) solutions, all at the sub-cm precision level. However, when using IGS orbit/clock products it is important that the same convention be used with respect to sub-daily ERP. Otherwise, the solutions of station navigation positions, station clocks and TZD's will be affected by significant errors that could exceed the 1-cm level.     

基于CORS网络的单频GPS实时精密单点定位新方法

利用单频接收机实现大范围、高精度快速实时定位是卫星大地测量研究的热点和难点问题之一.本文提出了一套基于连续运行参考站系统(CORS)的误差实时建模数据处理方法,设计并实现了一种新的GPS单频接收机实时精密单点定位服务方法.然后,利用山西省CORS网内一组实测动态数据,以及从湖北省CORS网和武汉市CORS网选取的一组实测静态数据进行测试,验证分析了所提出方法用于实时定位服务的可行性.结果表明:对于站间平均距离小于71 km的参考网,网内单频用户按照实时处理模式,在经过数秒钟的初始化后即可获得厘米级的动态精密单点定位结果.这为GPS单频接收机用户实现快速实时精密单点定位提供了一种可行的新方法.     

2009年7月22日日全食引起的电离层扰动及其对定位的影响

2009年7月22日发生在亚太地区的日全食,从北半球中纬地区一直延伸到南半球中纬地区.这次日食期间发生的磁暴和日食时间同步,使得电离层变化较为复杂.为了分析日食期间电离层扰动及其对定位的影响,所采用的GPS数据来源于日全食带内的重庆CORS网(4个站)、武汉CORS网(8个站)数据、IGS站WUHN、SHAO的数据,以及日偏食区域内不同纬度处的若干IGS站.通过比较日食前后连续三天的各个地方TEC变化,以及利用高采样率的CORS网数据研究日食期间TEC的瞬时变化,根据位置和时间的不同,各地日食期间TEC下降约(1~4)TECU.但是,磁暴期间TEC的响应整体表现为正相暴,偏离值达50%以上,且和日食食甚后的TEC变化相重合.同时,求解了日食期间伪距单点定位的实时精度和CORS网内中短基线的实时精度,伪距单点定位的平面精度变化不显著,高程精度下降达数十米,日食初期CORS网中基线的平面精度仍在厘米级内,高程精度仍在分米级内,但是,日食后期发生的磁暴导致基线的平面精度下降到分米级,高程精度下降到米级.