实时卫星钟差基准精化方法

在基于精密单点定位(PPP)的授时方法中,卫星钟差产品的高精度时间基准至关重要.针对实时卫星钟差产品时间基准不够稳定的问题,本文采用一组具有原子钟外部输入的国际全球卫星导航系统(GNSS)服务(IGS)跟踪站建立了顾及原子钟变化特性的基准精化方法.该方法首先采用阿伦方差对不同的IGS跟踪站外接原子钟进行稳定度分析,挑选出一组稳定度高的原子钟用以精化时间基准.在此基础上,利用阿伦方差分析各台原子钟的噪声参数特征,并确定不同原子钟之间的权比关系.最终,建立时间基准改正量的随机模型,并计算出精化后的时间基准.通过实例验证表明:与IGS事后精密钟差产品定义的时间基准比较,改正后的实时钟差基准单天内的标准差(STD)优于0.1 ns,相比于改正前最高提升了93%.同时,基准改正后的天内万秒稳达到10^-15量级,实现了一个量级的提高.此外,通过相对钟差精度的分析,表明钟差基准修正不影响PPP的定位精度.     

利用北斗系统建立和维持国家大地坐标参考框架的方法研究

2000中国大地坐标系统（China Geodetic Coordinate System 2000,CGCS2000）的建立和维持主要依赖于GPS技术,不利于保障国家时空信息安全。中国北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）提供亚太区域服务,可满足中国及周边地区高精度定位导航应用需求,对建立和维持国家大地坐标参考框架具有重要意义。研究利用已建成的北斗基准站网观测数据,实现基于BDS技术、并与国际地球参考框架（International Terrestrial Reference Frame,ITRF）一致的国家大地坐标参考框架,为今后国家级和全球性北斗坐标参考框架（BeiDou Terrestrial Reference Frame,BTRF）的建立和维持提供理论基础和方法支撑。初步计算结果表明,积累2 a以上的观测数据,利用单独BDS数据可以获得与GPS精度相当的水平速度场,精度约为2~3 mm/a。基于单独BDS数据,测站残差平面和高程的重复性分别可优于0.8 cm和1.7 cm。利用BDS数据已可监测到测站高程方向的季节性变化。此外,还对单独BDS与GPS数据计算的坐标可能存在的与经纬度相关的系统误差进行了分析。总体来说,目前的北斗系统可满足建立和维持中国cm级大地坐标框架的需求。     

一种历元间差分单站单频周跳探测与修复方法

提出了一种基于历元间单差观测值的单站单频周跳探测与修复方法。通过假定前一历元为基准站,当前历元为流动站,采用相对定位处理模式获取当前历元观测值的验后单位权中误差,并基于抗差最小二乘获取每颗卫星的观测值残差,对单站单频数据进行周跳探测与修复。通过对实测数据的验证分析表明,按照本文方法可以100%探测周跳发生的历元。并且,当至少4颗卫星未发生周跳时,如发生异常卫星数小于可视卫星数的30%,则在95%以上的情况下可以有效确定异常卫星;当异常卫星过多时,本文方法确定异常卫星的成功率会有所下降。但是,对于探测出发生周跳的异常卫星,本文方法均可100%对其周跳进行修复。     

广域差分产品性能评估关键技术探究

广域差分定位是卫星导航系统应用领域的前沿技术与研究热点,可为用户提供亚米级甚至厘米级精度的实时定位服务,其产品性能的综合评估和评价对用户至关重要。本文基于我国广域差分精密轨道、钟差、电离层产品特性,设计了一套实时产品性能评估方案,解决了实时产品量化评价关键技术问题,实现了产品连续性、时效性、有效性、定位精度等实时性能自动化监测,以及产品事后精度自动化评定,可为广域差分用户提供实时产品性能量化参考指标。     

地基GPS遥感天顶水汽含量方法研究

利用IGS提供的精密星历及精密钟差,分别采用卡尔曼滤波法、双差法对天顶对流层延迟进行估计,并与IGS提供的测站天顶延迟进行对比。根据所解算的天顶对流层延迟,利用经验模型求解天顶干延迟,最后分离出天顶湿延迟,进行大气可降水分的求解。     

一种新的区域对流层拟合模型及其在PPP中的应用

在分析常用的四参数曲面模型等区域对流层延迟模型的基础上,提出了一种新的基于多面函数的对流层拟合模型,并利用自编软件分析了各模型的拟合效果。将对流层拟合模型应用于改进的PPP定位算法,结果表明,所提方法能有效地提高初始历元的解算精度,收敛后定位结果与采用随机游走估计对流层湿延迟方法的结果精度相当。该方法可在一两个历元中使PPP收敛至dm级,但是对PPP收敛至cm级的效率提高并不明显。     

综合利用多项式拟合和载波相位变化率探测单频GPS周跳

针对单频接收机单点定位的应用特点,提出了一种综合探测周跳的方法。处理对象是星间单差载波相位数据,采用的方法是综合利用载波相位变化率和多项式拟合来探测周跳。介绍了两种方法的数学模型,给出了具体实施步骤。最后用算例验证了方法的可靠性和有效性。     

单频精密单点定位电离层改正方法和定位精度研究

分析了单频精密单点定位的难点——电离层延迟改正和周跳探测,讨论了单频观测模式下电离层延迟的模型改正和半合改正两种解决方法。在此基础上,利用自主研发的单频精密单点定位软件同时处理多组数据,比较使用不同的电离层改正方法的影响。结果表明,半合改正计算结果优于格网模型改正法。利用全球不同地区多天的数据进行单频精密单点定位,单频精密单点定位可以达到dm级的精度。     

多模数据融合的单频RTK算法研究与软件实现

收敛速度慢一直是限制精密单点定位（precise point positioning, PPP）发展的重要因素。研究表明,通过高精度电离层延迟改正,进而实现精密单点定位实时动态（PPP-real time kinematic,PPP-RTK）,可显著提升PPP的收敛速度。目前区域PPP-RTK中电离层主要采用单星多项式电离层模型（satellite-based ionospheric model with polynomial function,SIM_POLY）与单星电离层延迟反距离内插模型（satellite-based ionospheric model with inverse distance weight function,SIM_IDW）进行建模。为了检验上述两种模型在不同纬度的建模精度,对中国广东、湖北及河北3个省上空电离层延迟进行建模,并将其应用于单/双系统、浮点解及固定解中,分析其定位性能。实验结果表明,在低纬度区域,SIM_IDW模型表现略优于SIM_POLY模型,中高纬度区域则并无显著差异。浮点解PPP中,将SIM_IDW模型及SIM_POLY模型改正下的结果与无电离层组合PPP（ionosphere-free combination PPP, IFPPP）及欧洲定轨中心（Centre for Orbit Determination in Europe,CODE）的全球电离层格网（global ionospheric map,GIM）改正下的非差非组合结果进行比较,发现区域电离层模型改正下的PPP定位效果更好;与湖北省及广东省定位结果相比,河北省数据收敛速度最快,单GPS解算模式下采用SIM_IDW及SIM_POLY模型改正下的定位精度相较于IFPPP分别提升了43.7%和43.0%。固定解PPP中,河北省GPS+北斗解算模式下SIM_IDW、SIM_POLY模型改正下的PPP-RTK首个历元模糊度固定成功率分别可达86.09%和89.13%,且水平方向定位精度首个历元收敛至5 cm,高程方向定位精度1.5 min内收敛至10 cm;定位精度方面,在引入北斗系统之后,双系统PPP-RTK相较于单GPS有明显提升,河北省GPS+北斗解算模式下SIM_IDW、SIM_POLY模型改正下的PPP-RTK水平及三维定位精度分别为1.3 cm和3.5 cm。通过SIM_IDW及SIM_POLY模型建立区域电离层模型进而实现PPP-RTK,可以显著缩短PPP收敛时间,提高定位精度。     

广域实时精密定位原型系统及初步结果

The work flow and key technology of wide area real-time differential GPS prototype system are introduced. Based on nearly 50 IGS global Stations' real-time observation data at 1 second interval,real-time satellite clock offset is continuously calculated second by second. On the mean time,real-time orbit corrections and clock corrections to Broadcast Ephemeris are calculated and sent to users by wireless communication network. The users with double frequency receiver can calculate the real-time position by the RT-PPP (Real-time Precise point positioning) methods. Initial results of tests show real-time clock corrections' accuracy is better than 0.2 ns; real-time positioning RMS are better than 10 cm and 20 cm in the horizontal and vertical direction,respectively.