基于区域CORS的实时精密卫星钟差估计研究

区域连续运行参考站网(CORS)的广泛建立,为实时精密单点定位(PPP)提供了良好的平台保证。根据区域参考站网络的特点,本文提出了基于星间单差与历元间差分相结合的卫星钟差估计组合模型,确定了基于组合模型的实时卫星钟差估计策略,结合卡尔曼滤波参数估计方法,实现了区域1s采样间隔的精密卫星钟差数据的生成。通过重庆CORS的数据验证,表明该模型实时绝对卫星钟差和相对卫星钟差的精度均优于0.2ns,与国际IGS各分析中心估计的卫星钟差精度相当,满足了卫星钟差实时性的要求。该计算方法不仅可以用于CORS网本区域而且还可以用于距离CORS区域达数百公里以外的地区进行实时定位,这对于实时精密单点定位技术的实现具有重要意义。

星间单差GPS实时精密卫星钟差估计及精度分析

GPS实时精密卫星钟差是实现实时精密单点定位(RT-PPP)技术的关键,国际GNSS服务组织(IGS)提供的超快速(Ultra-Rapid)实时预报卫星钟差的精度(3ns)较差,不能满足RT-PPP的精度要求。首先利用GNSS区域参考站网数据,建立基于星间单差的观测模型,对GPS卫星钟差进行实时解算,并对钟差解算精度及影响因素进行分析;将解算的GPS卫星钟差用于不同站点的RT-PPP中,对定位结果进行精度分析。分析结果表明,实时解算的GPS卫星钟差的标准差均在0.16 ns以内。从定位结果来看,随着PPP站点与钟差估计区域参考站网距离的增加,其定位精度并没有明显降低,各站点的水平分量精度优于6 cm,高程分量精度优于7 cm,可满足厘米级精度实时精密单点定位的应用要求。

GPS实时精密卫星钟差估计及其精度分析

为了解决目前研究多针对非差模型解算而对于历元间差分模型解算结果还比较少的问题,本文通过构建历元间差分模型,基于IGS预报轨道的钟差产品,实现了对GPS精密卫星钟差估计。选取全球均匀分布的100个IGS跟踪站观测数据,通过仿实时精密卫星钟差解算实验,结果表明:采用本文估计得到的钟差产品同IGS事后钟差产品的二次差的标准差优于0.25 ns,平均精度为0.11 ns;静态和动态精密单点定位精度分别优于3 cm和10 cm,可满足用户分米级甚至厘米级的定位需求。

不同IGS分析中心BDS-3实时精密轨道和钟差产品精度评估

以2022-11连续7 d的精密星历作为参考,对5家机构(CAS、CNES、GFZ、SHA和WHU)提供的BDS-3实时精密产品进行精度评估。结果表明,目前CAS可提供的BDS-3卫星实时精密产品数量最多,但MEO卫星钟差精度最低,超过0.4 ns;GFZ播发的IGSO卫星产品质量最差,径向轨道误差超过30 cm,钟差精度大于0.8 ns;WHU的产品数据质量最好,径向轨道误差优于4 cm,钟差精度约0.16 ns,但其可用卫星数仅19颗。在定位端,对各机构的实时精密产品进行双频无电离层动态实时PPP定位性能对比,结果显示,CNES、SHA、WHU实时产品定位精度处于同一水平,水平、高程方向总体定位误差约为0.2 m。综合考虑可用卫星数及实时产品数据质量,推荐实时PPP用户使用CNES或SHA实时产品。

GNSS实时卫星钟差估计在地震监测中的应用

为快速、有效地获取地震发生阶段震源周边地区站点的动态位移,为地震预警系统提供高可靠性的地表形变信息,利用全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)高频观测数据,基于非差估计法对多模GNSS卫星钟差进行实时估计及性能分析,并将其应用于精密单点定位(precise point positioning,PPP)实时计算2021年漾濞M w6.4地震和玛多M w 7.4地震的地面动态形变。结果表明,GNSS四系统实时估计卫星钟差的标准差(standard deviation,STD)均值为0.142 ns,其多系统组合PPP动态解的平均标准差在水平方向达到0.5 cm,高程方向达到1.0 cm,计算得到的地震动态位移波形相对GPS单系统更为稳定,而且能够获得较为准确的同震形变。

基于IGU预报轨道实时估计精密卫星钟差

针对目前实时精密单点定位中,GPS卫星实时钟差服务所存在的精度问题,提出了一种基于IGU轨道的实时钟差估计方法。该方法基于IGU轨道,采用全球参考站非差载波相位观测值,进行实时钟差估计。数值结果表明：实时估计的卫星钟差与IGS最终产品的偏差大部分小于0.3 ns,平均优于0.2 ns;采用估计所得的实时钟差进行PPP静态定位,其精度可达12 cm,同时也可得到毫米级精度的天顶对流层延迟。

实时GPS精密卫星钟差估计及实时精密单点定位

研究了GPS实时精密卫星钟差的估计方法,并将实时钟差应用于实时精密单点定位。采用自编软件,依据全球均匀分布的IGS参考站实测数据,基于非差消电离层组合载波和伪距观测量实现了GPS实时精密卫星钟差估计。试验结果表明,自主估计的实时卫星钟差与IGS发布的最终精密钟差具有较好一致性,互差优于0.2ns;用于实时精密单点定位,能够获得静态定位1~2cm、仿动态定位厘米级精度。

北斗三号实时精密轨道钟差估计及精度效率评定

作为中国自主研发的全球卫星导航系统,北斗卫星导航系统的建设从一开始就确定了三步走的战略。围绕精度和效率等性能指标,进行了几项试验以确定一个合适的地面跟踪网。结果表明,在已有60个测站的情况下,增加跟踪站的数量并不能继续提高北斗三号轨道和钟差产品的精度。进一步的精度提升应该更依赖于天线相位中心改正缺失和太阳光压模型不完善等模型缺陷问题的解决。

基于区域参考站网络的精密卫星钟差估计及其在实时精密单点定位中的应用

基于区域GNSS网络,提出了一种基于IGU实时预报星历和星间差分技术的GPS卫星钟差实时估计新方法,并对其精度及精度主要影响因素进行了分析.在此基础上,利用IGU实时预报星历和实时估计的钟差产品对钟差估计区域站(重庆GNSS站)及跨区域站(江苏CORS站)进行了实时精密单点定位解算实验.实验结果表明,估计得到的相对钟差产品与IGS最终钟差产品的平均RMS值可达0.08 ns,卫星可视高度角是影响钟差估计精度的主要因素.对重庆GNSS站及距重庆约1 200 km的江苏CORS站进行PPP解算,平均收敛时间分别达到11.5和14.1 min;静态PPP定位时,N/E/U三个方向的定位精度在1 h内均可达到厘米级.

基于区域CORS多基站联合解算的精密卫星钟差实时估计

为了改善实时精密单点定位的精度和时效性,利用区域CORS网络采集的GPS载波相位观测值与IGU预报星历,通过多参考站联合解算,实现了基于星间、历元间差分技术的精密卫星钟差快速解算,并与IGS分析中心提供的最终精密钟差产品进行了比较.研究了不同的参考站分布和参考站数目对钟差估计产生的影响.试验结果表明,利用该算法估计的实时精密卫星钟差与IGS最终精密钟差产品具有较好的一致性,相对卫星钟差的估计精度可达到0.08 ns,平均中误差为46.2 ps;卫星钟差的估计误差基本上都在0.2 ns以内,平均中误差为73.2 ps.增加站间距可以有效减弱对流层参数之间的空间相关性,在保证观测精度和解算速度的前提下,合理增加参考站数目,对钟差估计结果的精度有一定提高.所提出的算法运算量小,解算速度快,仅需要少量参考站的载波相位观测值便可以迅速获得较高精度的实时卫星钟差产品.

实时GLONASS精密卫星钟差估计及实时精密单点定位

研究非差实时GLONASS精密卫星钟差的估计方法,并将实时钟差应用于实时精密单点定位。采用自编软件,依据全球均匀分布的GNSS参考站实测数据,基于非差消电离层组合载波和伪距观测量,实现了GLONASS实时精密卫星钟差估计。实验结果表明,自主估计的实时GLONASS卫星钟差与ESA发布的最终精密钟差具有较好的一致性,互差优于0.5ns;用于实时精密单点定位,能够获得静态定位cm级精度,仿动态定位水平方向5～15cm、高程方向10～30cm的精度。

基于非差模式的精密卫星钟差近实时估计

在目前精密单点定位（PPP）中,GPS卫星钟差的实时估计已经成为影响PPP实时解算一个至关重要的因素。提出一种基于非差模式下利用卡尔曼滤波进行精密卫星钟差参数估计的方法,经验证,与IGS事后精密卫星钟差相比,其精度能够达到0.5~1 ns,高于利用Bernese软件进行解算的结果。基于估计结果和比较可靠的信息数据来源,可以实现较高精度的实时精密单点定位。

BDS-3卫星钟差改正数短期预报方法研究

针对RTS实时数据流产品在网络传输中存在的延迟以及数据中断等问题,文中结合BDS-3卫星钟差改正数的特点,分析实时数据流中BDS-3卫星钟差改正数的完整率和精度,提出一种基于一次差分和滑动时间窗口的残差修正钟差改正数短期预报模型。利用文中模型与一次多项式模型、基于一次差分的一次多项式模型和灰色模型进行BDS-3卫星钟差改正数预报精度的对比实验,结果表明,文中模型的预报精度最高,5 min、10 min、15 min和20 min的平均预报精度分别达到0.12 ns、0.14 ns、0.19 ns和0.20 ns,有效降低误差累积效应对预报精度的影响,对于RT-PPP的研究和应用具有重要的意义。

北斗三号B1C/B2a新信号精密卫星产品估计及PPP-AR性能研究

为分析北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)B1C/B2a新信号的服务水平,基于混合差分的方法,结合全球均匀分布的观测站数据解算得到BDS精密钟差,进一步估计宽窄巷未校准相位延迟(Uncalibrated Phase Delay,UPD)。使用二次差法对所估计的BDS-3钟差精度进行评估分析,验证估计产品的准确性;通过UPD产品长期序列来研究其稳定性;将估计的钟差和UPD等产品应用于精密单点定位浮点解和固定解(Precise Point Positioning-Ambiguity Resolution,PPP-AR)进行验证。根据数据处理结果可知,地球静止轨道(Geosynchronous Earth Orbit,GEO)、倾斜地球同步轨道(Inclined Geosynchronous Satellite Orbit,IGSO)和中地球轨道(Medium Earth Orbit,MEO)3种轨道类型的估计卫星钟差平均精度分别为0.209、0.095、0.087 ns;BDS-3宽巷UPD长期序列标准差(Standard Deviations,STD)均在0.04周以内,窄巷UPD一天内的最大变化不超过0.15周,BDS-2宽窄巷UPD的稳定性略差于BDS-3;全球范围内均匀挑选的测站PPP浮点解的平均定位精度在北(North,N)、东(East,E)、天(Up,U)各方向分别为2.21、3.50、6.01 cm,经模糊度固定后,固定解分别提升至1.11、1.26、3.50 cm,提升了49.8%、64.0%、41.8%,验证了估计钟差和UPD方法的正确性与新信号良好的服务性能。

区域实时双系统精密卫星钟差估计及PPP精度分析

针对精密单点定位对国际全球卫星导航系统服务组织(IGS)钟差产品过度依赖的问题,联合区域测站使用非差和历元间差相结合的方法,解算出区域实时全球定位系统(GPS)及格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)钟差产品作为自估钟差;将自估钟差和IGS实时钟差分别与欧洲定轨中心(CODE)最终5 s精密钟差产品进行比较分析。试验结果表明,自估的区域实时钟差产品与CODE最终5s精密钟差产品具有良好的一致性,可以满足实时卫星钟差精度的要求。在使用自估区域实时钟差产品的情况下,动态精密单点定位精度在北(N)、东(E)方向达到了5 cm,在天(U)方向达到了10 cm。自估区域钟差估计算法利用小区域测站,便可以获得与IGS全球实时钟差精度相当的实时区域钟差产品,这对自主区域高精度定位具有一定的实用价值。

一种顾及轨道误差的实时GPS钟差估计方法

为了提高实时卫星钟差估计的精度和稳定性,提出了一种顾及轨道误差的实时GPS钟差估计方法。基于超快速轨道产品,分析了轨道标准差与绝对轨道误差的相关性。通过线性插值获得实时轨道误差信息,以优化先验残差的随机模型。基于先验轨道标准差阈值,采用分段方式剔除实时轨道异常卫星对应的观测值。实验结果表明:轨道标准差和轨道误差的相关性高达0.82。与常用的高度角相关的随机模型相比,GPS卫星钟差估计精度最大提高了15.2%,平均提高了8.1%,钟差误差的时间序列更加平稳,所有GPS卫星的平均钟差STD均在0.15ns以内。因此,超快速轨道产品中提供的轨道标准差与绝对轨道误差表现出较强相关。采用顾及轨道误差的实时钟差估计方法可提高GPS卫星钟差估计精度,准确识别并剔除GPS实时轨道异常的卫星,从而提高GPS实时钟差估计的稳定性。

基于非差与历元差分两种观测模型估计精密卫星钟差的方法比较

研究了非差与历元差分两种观测模型估计精密卫星钟差的方法,评价了分别利用两类观测模型估钟的特点。通过实际算例分析了两种观测模型估钟的处理速度与精度。计算结果表明:基于非差观测模型估计卫星钟差精度高、观测信息没有损失、可靠性高、可以实现模糊度固定,但由于未知参数多,解算速度较慢,且需要经过一段时间的收敛才能达到所需精度;而历元差分模型估计卫星钟差待求参数较少,计算效率高,且不存在收敛过程,但估钟精度比非差模型估钟收敛后的精度略低,且得不到钟差初值,需从导航电文中提取或通过其他方式获取,不过由此引起的系统性偏差,在定位时可被模糊度和接收机钟差吸收,不影响最终的定位结果。

北斗/GPS实时精密卫星钟差融合解算模型及精度分析

实时GNSS精密单点定位(PPP)技术必须使用实时的高精度卫星精密轨道和钟差。本文研究了精密卫星钟差融合解算模型及策略,并利用滤波算法实现了北斗/GPS实时精密卫星钟差融合估计算法。仿真实时试验结果显示:获得的北斗/GPS实时钟差与GFZ事后多GNSS精密钟差(GBM)的标准差在0.15 ns左右;使用该钟差进行GPS动态PPP试验,收敛后水平精度优于5 cm,高程精度优于10 cm;使用仿真实时钟差进行的北斗动态PPP与使用GFZ事后多GNSS精密钟差开展的试验相比精度相当,可实现分米级定位。

卫星钟差实时估计的收敛分析

就测站数量、观测时间和测站分布对估计钟差的影响进行了研究,结果表明:增加测站数量和观测时间,均有利于提高卫星钟差的估计精度;但随着测站个数的增加,计算耗时会随之增加,从而影响钟差的实时使用,因此,从兼顾钟差的精度和实时应用两方面考虑,只有选择适当的测站分布和测站个数,才有利于钟差的实时估计和应用。PPP定位中,基于估计钟差的收敛时间比基于IGS最终钟差的收敛时间更长。

基于IGS区域网的卫星钟差实时估计及PPP精度分析

针对IGS发布的IGU超快速钟差不能满足实时精密单点定位(PPP)精度要求的情况,提出利用区域IGS网,基于IGU预报轨道进行实时钟差估计的方法,并利用PPP对实时估计出的钟差进行定位精度分析。结果表明:实时估计得到的钟差与IGS事后精密钟差产品互差的均方根优于0.1 ns;采用实时估计钟差,PPP的精度较IGU预报钟差PPP精度在X、Y、Z三个方向分别提高87.1%、81.8%、91.3%,3D精度提高87.4%,可达厘米级,其收敛时间也缩短一半。