电离层约束对精密单点定位性能的影响

为了验证电离层约束对精密单点定位(precision point positioning,PPP)性能的影响,利用国际地球动力学服务机构(International GPS Service for Geodynamics,IGS)测站观测数据分别在无电离层组合、单频电离层约束非差非组合和双频电离层约束非差非组合模式下进行PPP解算实验。结果表明,在双频模式下电离层产品约束可有效提高PPP的收敛速度和定位精度。同时本文利用球谐函数模型和快速星历进行电离层建模,电离层产品和欧洲定轨中心(Center for Orbit Determination in Europe,CODE)产品在PPP中的表现基本持平,但有效缩短了电离层产品的提供时延。

附加区域电离层约束的PPP定位收敛性分析

为了改善PPP的定位精度和收敛速度,提出一种有效的解决思路:在非差非组合模型PPP定位的基础上,附加高精度区域电离层先验信息约束,利用美国西海岸CORS网内183个参考站的观测数据进行区域电离层建模,获取高精度电离层延迟信息;通过实验对比分析无电离层组合模型、非差非组合模型和附加电离层约束的非差非组合模型3种算法的PPP定位表现,结果表明,附加电离层约束算法具有更好的模型几何强度,相比于前两种模型,在PPP定位过程前10 min,该算法可以显著提升PPP定位的收敛速度和定位精度。

多系统非差非组合精密单点定位电离层延迟约束权阵的确定

非差非组合精密单点定位需要估计电离层延迟参数,采用电离层先验改正模型约束可以辅助电离层参数解算。针对先验电离层改正量与实际观测量之间权比关系难以确定的问题,本文提出一种电离层约束权因子搜索算法,采用权因子对先验电离层改正量的方差进行调整,根据验后残差加权平方和最小原则通过搜索找出较优的权因子,利用验后残差动态调整先验电离层改正量的方差从而达到改善定位结果的目的。采用8个MGEX跟踪站的GPS/BDS观测数据对该算法进行验证。静态结果表明:对比传统约束方法,采用搜索算法后平均三维定位精度由3.96 cm提高到3.40 cm,平均收敛时间由76.3 min缩短为59.9 min。

电离层约束的BDS单频精密单点定位研究

单频精密单点定位无法通过不同频率观测值的线性组合来消除电离层误差,如何处理电离层误差成为单频精密单点定位(precise point positioning,PPP)的难点。本文将IGS(International GNSS Service)GIM(global ionosphere map)产品作为虚拟电离层观测量,建立电离层约束的单频PPP模型;虚拟电离层观测量的先验方差分别采用常数约束、时空约束和逐步松弛约束3种方法确定。通过4个IGS站连续10 d的BDS数据,对标准PPP和3种不同先验方差的电离层约束PPP进行单频PPP的对比实验。结果表明,常数约束和时空约束的PPP定位精度低于标准PPP,而逐步松弛约束的PPP定位精度与标准PPP相当;电离层约束PPP收敛性能明显优于标准PPP,4个测站收敛时间平均减少了16.2%。

不同电离层模型对智能手机实时PPP精度的影响分析

为了提高智能手机的实时定位精度,对广播星历电离层模型和国际GNSS服务(International GNSS Service,IGS)机构实时发布的球谐电离层模型进行比较分析,并将其作为电离层约束应用到智能手机非差非组合实时精密单点定位(precise point positioning,PPP)中。在静态开阔条件下,使用小米Mi 8和华为Mate 40 Pro智能手机开展试验,结果表明,Mi 8手机的平面精度可达到0.53 m,高程精度可达0.43 m;Mate 40 Pro手机的平面精度可达1.05 m,高程精度可达1.60 m。两种电离层模型的精度存在一定的差异,在滤波算法中,通过设置合理的先验噪声,均可有效提高定位精度和缩短滤波收敛的时间,球谐模型的定位精度要优于广播星历电离层模型。

航空测量场景下的中长基线动态定位方法

单基站中长基线动态相对定位受到大气残余误差影响,无法快速固定整周模糊度,定位精度和可靠性不如短基线场景。在航空测量场景下,流动站与基准站之间的基线由短到长变化,利用短基线场景下固定的整周模糊度反算得到高精度的电离层延迟量,并对其进行建模预报。随着基线变长,利用预报的电离层延迟约束中长基线定位模型,实现快速模糊度固定。本文分析了动态长基线情形下的电离层延迟的时变特性,采用滑动窗口进行电离层建模预报,讨论了该方法在航空测量实际作业中的实施条件、定位精度及模糊度固定情况。实测机载数据的解算结果表明,使用该方法,当测量载体出发阶段处于短基线场景下,单基站相对定位结果就可以达到接近100%的模糊度固定率,且定位精度保持在厘米级,显著减小了航空测量任务的作业成本。

一种加快BDS精密单点定位初始化的方法

由于BDS卫星的星座特性及卫星的轨道和钟差的精度影响,使得传统消电离层组合精密单点定位(PPP)的初始化时间较长。针对上述问题,文中对附加电离层约束的非组合精密单点定位算法进行研究。首先介绍非组合PPP算法,分析其与传统PPP的差异;其次分别利用CODE电离层格网产品,以反距离加权算法计算的站星电离层延迟、低阶球谐函数建立的区域电离层产品等作为先验信息对非组合PPP进行约束。通过MGEX观测网实测数据静态和仿动态计算表明,相比传统消电离层组合PPP,附加电离层约束的非组合PPP能够有效缩短初始化时间,同时能够获得高精度的定位结果。

3种GPS+BDS组合PPP模型比较与分析

无电离层组合和非组合模型是GNSS精密单点定位(PPP)常用的两种函数模型。本文通过详细分析PPP的两种函数模型各类参数间的相关特性,建立了参数独立的函数模型。对非组合PPP模型的电离层参数引入虚拟观测方程进行约束,有效提高了PPP的收敛速度。最后,从定位精度和收敛时间两方面分析不同函数模型的GPS单系统和GPS+BDS组合PPP静态、模拟动态定位效果。结果表明:GPS单系统和GPS+BDS组合PPP定位精度相当,静态的无电离层组合与非组合PPP均可达到厘米至毫米级精度,动态PPP精度的平面优于3cm,高程优于5cm;无电离层组合PPP收敛时间优于非组合的PPP,电离层加权非组合PPP的收敛时间最短。动态定位中,电离层加权模型相比于无电离层组合模型,可减少约15%的收敛时间,相比于非组合模型,可减少约34%。