Galileo高精度定位服务的空间信号误差及精密单点定位评估

Galileo高精度定位服务(high accuracy service,HAS)利用E6B信号向全球用户播发免费精密卫星轨道、钟差和码偏差改正信息,在卫星高精度实时应用领域有重要意义.评估其空间信号误差及精密单点定位(precise point positioning,PPP)性能是用好HAS的重要前提.基于2023年12月1日至31日的HAS轨道钟差产品进行评估测试,Galileo卫星轨道产品在径向(R)、切向(A)和法向(C)的均方根误差(root mean square error,RMSE)分别为3.24 cm、7.40 cm和6.85 cm,GPS分别为4.52 cm、8.19 cm和6.71 cm;Galileo钟差产品的标准差(standard deviation,STD)为0.16 ns,GPS为0.26 ns.基于欧洲10个测站PPP的实验结果表明:Galileo在E、N、U方向的定位精度分别为6.44 cm、4.65 cm和11.36 cm,GPS分别为7.42 cm、5.78 cm和12.04 cm,联合定位分别为4.11 cm、3.10 cm和7.56 cm,HAS可以满足高精度定位需求.

北斗星基增强分米级定位与multi-GNSS实时单频精密单点定位研究

北斗广域差分星基增强系统(satellite-based augmentation system,SBAS)提出的四重差分改正数(卫星轨道改正数、等效钟差改正数、实时格网电离层改正数和分区综合改正数)结合精密单点定位(precise point positioning,PPP)技术可实现实时快速分米级定位。为提高北斗SBAS PPP的服务性能,论文围绕多系统融合数据处理、分区切换算法、3种实时单频PPP模型和4种电离层模型展开研究。主要研究内容如下。

区域大气增强伪距单点定位算法及性能验证

传统的伪距单点定位模型,受限于模型噪声、轨道钟差精度和大气误差修正精度等因素,难以获得高精度的定位结果,已经无法满足现代化应用场景的需求。提出了一种区域大气增强的伪距单点定位方法,能够显著改善伪距单点定位的定位性能。算法采用精密轨道钟差产品削弱卫星轨道钟差误差,使用区域大气参数削弱对流层电离层误差,采用双频非组合模型降低观测模型噪声。实测数据的验证结果表明,区域大气增强伪距单点定位方法的定位精度均方根(RMS)在水平方向优于0.2 m,高程方向优于0.25 m,定位精度的提升非常显著,同时亚米级的伪距单点定位精度在实际工程应用中也具备重要的参考价值。

精密单点定位(PPP)技术在区域矿区的应用

随着精密单点定位技术的成熟和实用方便,并且在精度上在局部能达到实际应用要求,就越来越多被应用。本文从精密单点定位技术的发展、选取参考解算模型和精度处理分析,结合矿区的实际情况,总结精密单点定位技术的应用情况。

基于QZSS信息增强的GNSS精密单点定位性能分析

目前研究多集中在准天顶卫星系统(QZSS)播发的定位导航和授时(PNT)信息的定位表现,而对其播发的增强信息的精密单点定位(PPP)研究较少,因此文章对比评估了QZSS播发的PNT信息与增强信息的PPP表现。分别选择以上两种信息进行静态PPP和动态PPP,采用QZSS PNT信息与QZSS增强信息分别和全球导航卫星系统(GNSS)数据组合进行PPP解算,评估指标选取定位精度和收敛时间。结果表明:使用QZSS PNT信息,组合后静态PPP定位精度小于4.50 cm,收敛时间小于92.00 min,动态PPP定位精度小于5.40 cm,收敛时间小于290.00 min。使用QZSS增强信息,静态PPP定位精度小于2.00 cm,收敛时间小于61.00 min;动态PPP定位精度小于6.50 cm,收敛时间小于162.00 min。与PNT信息相比,使用QZSS增强信息进行PPP定位的收敛时间要至少缩短三分之一,定位精度在静态PPP模式下提高约一倍,在动态PPP模式下略微下降,总体精密定位表现更佳。

GPS/BDS-3/Galileo精密单点定位模糊度固定

为了进一步提高全球卫星导航系统(GNSS)多系统组合精密单点定位(PPP)精度和收敛速度,提出一种GPS/BDS-3/Galileo精密单点定位模糊度固定(AR)方法:利用武汉大学发布的多系统相位小数偏差产品(FCB),采用无电离层组合PPP模型,实现全球定位系统(GPS)/北斗三号卫星导航系统(BDS-3)/伽利略卫星导航系统(Galileo)三系统组合精密单点定位模糊度解算(PPP-AR);并通过对PPP收敛速度以及定位精度等方面进行分析来评估组合后的定位结果。实验结果表明,在数据观测质量方面,地面观测站同时观测三系统卫星总数可以达到31颗;三系统各频点的多路径误差基本在0.3 m以内,三系统各频点的信噪比基本在37 dB·Hz以上;在采用FCB产品进行PPP-AR方面,定位收敛时间优于11.25 min,东、北、天(E、N、U)3个方向的定位精度分别优于1.5、1.1、4.7 cm;相对于PPP浮点解的结果,三系统组合PPP-AR在定位收敛时间和定位结果方面分别提升21%和20%左右。

混合时间差分和非差分载波相位的无人机精密单点定位

针对精密单点定位(PPP)在载波相位模糊度估计值收敛之前,定位精度波动较大,这一阶段对于传统PPP技术来说需要几十分钟的时间,难以满足快速无人机作业需求,且时间差分载波相位(TDCP)技术可以消除模糊度等常值变量,计算得到的历元间位置变化量精度较高,但是受系统误差影响较大且增加了数据的相关性,误差会随着时间积累等问题,提出一种PPP和TDCP相结合的无人机定位算法:基于20Hz高采样固定翼无人机实际观测数据,对比分析基于传统PPP、TDCP、混合TDCP与非差观测PPP 3种方法的无人机定位性能。结果表明,混合TDCP和传统非差观测的无人机PPP定位算法的精度较传统PPP方法提高71.5%。

亚太区域北斗三号对北斗二号精密单点定位的增强效果分析

北斗二号卫星导航系统主要由GEO和IGSO星座卫星构成,其整体星座的几何结构变化缓慢,导致应用于精密单点定位(PPP)时需要较长收敛时间。而北斗三号卫星导航系统的建成将有利于缓解上述问题,获得更优的定位效果。为了探究北斗三号对北斗二号PPP的增强效果,本文选取10个位于亚太区域内的iGMAS测站3 d的观测数据,首先分析3家IGS分析中心对北斗三号卫星精密产品的支持情况;然后分别对静态和模拟动态两种模式的定位性能进行展开分析。结果表明:①亚太区域内北斗三号卫星数量达到9颗。②加入北斗三号卫星后,静态PPP的收敛时间缩短了40%,收敛后的精度提高了46.5%;模拟动态PPP的收敛时间缩短了42.8%,收敛后的精度提高了45.7%。

北斗三号全球导航卫星系统服务性能评估:定位导航授时、星基增强、精密单点定位、短报文通信与国际搜救

本文给出了北斗三号全球导航卫星系统定位导航授时、星基增强、精密单点定位、区域短报文通信、全球短报文通信和国际搜救共6类服务的测试评估方法,并利用实测数据对各类服务的核心指标进行了评估。结果表明,定位导航授时服务方面,空间信号测距误差0.23 m(RMS),空间信号可用性99.44%,空间信号连续性99.99%,PDOP可用性100%,B1C信号全球定位精度水平方向1.31 m、垂直方向2.13 m(95%),B1C信号全球定位可用性99.93%,B1C信号授时精度14.7 ns(95%);星基增强服务方面,定位精度水平方向1.03 m、垂直方向2.60 m(95%)、具有垂直引导能力的一类进近(APV-I)可用性100%;精密单点定位服务方面,定位精度水平方向0.17 m(95%)、垂直方向0.22 m(95%)、平均收敛时间9 min;区域短报文通信服务成功率99.6%,服务容量1530万次/h(上行)、935万次/h(下行);全球短报文通信服务成功率96.46%,服务容量40万次/h(上行)、21万次/h(下行);国际搜救服务方面,搜救信号接收成功率98.3%(发射功率37 dBm)。

BDS-3 PPP-B2b实时精密时间同步方法探讨

针对传统实时精密单点定位(PPP)时间同步方法需要连接互联网,以及对北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)精密单点定位服务信号(PPP-B2b)用于长基线实时时间同步的研究较少的问题,提出一种将PPP-B2b信号用于PPP时间同步的实时时间同步方法:将高精度铷原子钟作为全球卫星导航系统(GNSS)接收机外频标输入,通过GNSS接收机实时接收PPP-B2b改正数,解算接收机钟差并实时调整铷原子钟,输出与时间基准同步的秒脉冲(1PPS)信号,较之传统GNSS接收机输出1PPS有更佳的频率稳定性;设计PPP-B2b时间同步硬件测试平台对提出的PPP-B2b时间同步方法进行测试。结果表明,通过PPP-B2b时间同步方法进行时间传递的精度优于0.2 ns;短基线实测实时时间同步精度优于0.95 ns;卫星模拟器仿短基线精度优于0.87 ns,仿长基线精度优于0.9 ns。

低轨增强北斗PPP-RTK定位方法与实验分析

低轨星座具有卫星数目多、几何构型变化快等优势,有利于精密单点定位(PPP)中模糊度参数的快速收敛,从而提升其收敛速度与定位精度.但由于未能精确消除大气误差的影响,难以实现瞬时厘米级定位.提出一种低轨增强北斗PPP-实时动态(RTK)方法,结合高精度大气增强信息与模糊度固定方法(AR),进一步改进北斗快速精密定位性能.首先设计了包含192颗低轨卫星的极轨星座,仿真了22个地面测站的观测数据,在估计相位小数偏差与精密大气延迟改正数后,分别测试了低轨增强北斗PPP、PPP-AR与PPP-RTK的定位性能.结果表明:在低轨星座增强下,可视卫星数目增加6~8颗,22个测站北斗PPP的平均初始化时间由552.1 s缩短至102 s,提升了81.52%.模糊度固定后,初始化时间进一步缩短至1 min以内.通过180 km地面参考网增强后,低轨增强北斗PPP-RTK可以实现瞬时厘米级定位,定位精度相较于PPP提升98.5%.将地面参考网扩大至500 km后,低轨增强北斗PPP-RTK仍可以实现约10 s的快速收敛.

GPS精密单点定位技术(PPP)在像片控制测量中的应用

GPS投入使用以来,其相对定位技术得以快速发展,GPS精密单点定位技术(PPP)的出现,极大地提高了工作效率。该技术可以达到分米甚至厘米级精度,可满足1∶5 000,1∶10 000及以上比例尺航测成图像片控制点精度要求。本文以宝清县测区1∶10 000比例尺为例,介绍GPS精密单点定位技术(PPP)在像片控制测量中的应用。

香港地区非差非组合PPP-RTK定位性能评估

为探究非差非组合(UDUC)PPP-RTK模型定位性能,基于香港地区连续运行参考网(CORS)数据进行分析研究。首先采用服务端PPP-RTK模型处理参考网观测数据,得到对应区域的卫星、大气产品;随后用户站基于网端产品进行解算,得到各历元的位置结果;最后将PPP-RTK解算结果与单基线电离层加权(IW)RTK模型和电离层浮点(IF)RTK模型处理结果进行比较分析。结果表明,在大气产品约束下,PPP-RTK模型的单历元解算结果能达到99%以上的模糊度固定成功率,固定解的平面精度、垂直精度分别优于1、4 cm;多历元解算(静态仿动态)在任意时间均能实现首历元固定模糊度,固定解的平面精度、垂直精度分别优于1、2 cm。在没有大气约束的条件下,PPP-RTK静态仿动态解算在2~5 min内实现模糊度首次固定。经过比较,UDUC PPP-RTK在定位精度、模糊度固定成功率、模糊度固定速度面均远优于单基线IW RTK和IF RTK模型,可实现全天候、可靠的、实时动态的高精度绝对定位,在国防建设、交通运输、精密农业等领域具有更加广泛的应用前景。

GNSS非组合精密单点定位模型算法与应用

为了进一步发展全球卫星导航系统(GNSS)非组合精密单点定位技术(PPP),研究其算法和应用:构建非组合PPP从单频到多频、从单系统到多系统的满秩函数模型,并介绍各类非组合PPP模型的秩亏消除策略及待估参数形式;然后结合非组合PPP技术特色,论述其在对流延迟和电离层延迟提取、差分码偏差估计和精密授时方面的典型应用;最后针对最新发展动态,展望非组合PPP技术今后的发展趋势。

潮汐对BDS精密单点定位的影响

为了进一步提升精密单点定位(PPP)的精度,研究分析潮汐对北斗卫星导航系统(BDS)精密单点定位的影响:给出固体潮、海潮和极潮改正模型;然后选取全球范围内24个测站,对比分析固体潮、海潮和极潮对BDS精密单点定位的影响。结果表明:1)固体潮对BDS精密单点定位结果影响最大,特别是加入固体潮改正后对高程方向有明显提升。BDS-2在高程方向有45%的测站达到厘米级改正,BDS-3和BDS-2/BDS-3分别有68%的测站和82%的测站达到厘米级改正。2)海潮对沿海测站BDS精密单点定位影响显著,加入海潮改正后沿海测站BDS-2、BDS-3和BDS-2/BDS-3改正量达到毫米级比例数量分别为77%、54%和23%,内陆测站改正量达到毫米级比例的数量分别为27%、9%和9%。3)极潮对BDS精密单点定位影响较小,大部分测站加入极潮改正后在高程方向的改正量为毫米级。

基于DCB和OSB产品的GNSS精密单点定位性能对比与分析

随着全球卫星导航系统(GNSS)的不断建设,精密单点定位(PPP)可用频率和通道逐步多元化.文中在原始观测方程的基础上,分别推导出适用于差分码偏差(DCB)产品和绝对偏差(OSB)产品的双频无电离层组合(IF)PPP模型,并利用50个MGEX(Multi-GNSS Experiment)测站的10 d连续观测数据对两种策略对比分析了各GNSS系统PPP模型的定位性能.结果表明:采用OSB产品的PPP模型在性能上与传统的DCB产品差异可以忽略不计,而且OSB产品在使用时更便利,更适合未来多频PPP的应用前景.

区域网解模式下的动态精密单点定位算法与试验

本文给出了区域网解模式下的动态精密单点定位的数学模型和计算方法，指出了该方法的优势和特点。利用德国波茨坦地学研究中心附近的某GNSS区域网对本文算法进行验证，结果表明：利用基准网提供的有用信息和网内双差模糊度固定解的约束条件，可大大提高动态精密单点定位的精度和可靠性，精度较浮点解提高了26％。仅利用三个站组成的区域网，即可获得优于2em动态精密单点定位精度，较传统精密单点定位精度有显著提高，可取代目前动态相对定位。

LEO星座增强GNSS的精密单点定位初步分析

本文选取GPS系统和Iridium系统,采用数学仿真技术初步分析了LEO星座对GNSS在精密单点定位中的增强作用。在仿真了BJFS站GPS和Iridium观测数据的基础上进行Iridium增强GPS的伪动态下精密单点定位实验,结果表明:与GPS单系统相比,GPS+Iridium双系统的可视卫星数平均增加1.5颗,GDOP值和PDOP值降低0.25左右;Iridium增强GPS后PPP滤波矩阵的条件数快速减小,提升了PPP滤波矩阵的稳定性,提高了天顶U方向的定位精度,从而提高了三维的定位精度,PPP收敛时间缩短了30%以上;采用单差MW法固定PPP模糊度,分别以Ratio=1.5、3、5作为模糊度固定成功的指标,并与模糊度仿真值对比,PPP模糊度首次固定成功所需的时间缩短40%以上。

精密单点定位(PPP)原理及其在境外工程项目中的应用

GPS精密单点定位(PPP)方法采用单台双频GPS接收机进行观测并解算获得毫米级高精度的基于ITRF框架的测站坐标,因其数据采集及数据处理方便、简单且费用低,极具实用性。简述PPP的基本原理及其精度分析,并结合近几年在境外的工程案例,探讨该技术在类似项目中应用的可行性。

附有伪距电离层估计的实时精密单点定位方法

针对现有实时精密单点定位(PPP)方法解算精度较低的问题,提出一种附有伪距电离层估计观测值P1ION的实时PPP方法:将无电离层(IF)组合及伪距电离层估计观测值(P1ION)相结合,并与传统的无电离层组合模型(IFPPP)和非差非组合模型(UC-PPP)进行对比和分析;然后,通过国际全球卫星导航系统服务组织(IGS)的最终精密产品评估法国空间研究分析中心(CNES)的实时数据流产品(CLK93),包括卫星轨道、钟差改正数和实时电离层产品。实验结果表明,全球定位系统(GPS)和伽利略卫星导航系统(Galileo)轨道和时钟改正精度优于格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)和北斗卫星导航系统(BDS);相对于IGS电离层联合分析中心(IAACs)最终全球电离层产品(GIM),不同分析中心的实时电离层产品垂直总电子含量(VTEC)估计的标准差(STD)和均方根(RMS)分别为1.9~2.3个总电子含量单位(TECU)和1.9-3.2 TECU;与IF-PPP和UC-PPP相比,附加实时电离层产品约束的IF-PPP+P1ION方法的定位精度在东(E)、北(N)、天(U)方向分别提高了14.0%、3.7%和11.2%。