非组合精密单点定位模型参数估计

为了进一步发挥非组合精密单点定位具有的数据利用率高、未放大观测噪声和可估计电离层延迟等优势,提出一种可估计电离层延迟和接收机差分码偏差(DCB)的改进非组合精密单点定位模型:与传统非组合精密单点定位模型估计的接收机钟差参数和DCB进行组合计算,估计出接收机钟差与参与计算的第一频点和第二频点的硬件延迟;利用北京某监测站采集的北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)观测数据,对B1I+B3I、B1C+B2a等2种频点组合分别进行2种非组合精密单点定位计算,估计电离层延迟、接收机钟差、第一频点和第二频点的硬件延迟。结果表明:传统非组合精密单点定位模型定位精度和收敛时间略优于改进的非组合精密单点定位模型;改进非组合精密单点定位模型估计的电离层延迟的平均修正百分比为85.54%,比传统非组合精密单点定位模型估计的电离层延迟高6.43%;B1I+B3I和与B1C+B2a频点组合估计的接收机钟差的RMS分别为0.19和0.21 ns,均值相差0.09 ns,钟差估计精度相当;接收机B1I、B3I、B1C和B2a硬件延迟与标定值都在0.14 ns以内。

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。

基于广播星历的GPS/BDS-3非差非组合PPP

分析GPS和BDS-3卫星广播星历的误差特性,研究广播星历精度不足的补偿策略,提出一种SISRE补偿的非差非组合定位模型。采用2022年15个MGEX测站1周的数据进行实验。结果表明,SISRE补偿的非差非组合模型的GPS和BDS-3静态三维定位误差的RMS分别约为24 cm和23 cm, GPS/BDS-3双系统组合可进一步将精度提升至约18 cm;GPS和BDS-3仿动态三维定位误差的RMS分别约为73 cm和74 cm, GPS/BDS-3双系统组合可进一步将精度提升至约45 cm;SISRE补偿的非差非组合模型与SISRE补偿的无电离层组合模型定位精度相当。

GPS L1/L2/L5和BDS B1I/B3I/B2a/B1c频点非差非组合PPP性能分析

为了进一步研究多模多频精密单点定位(PPP)技术,探讨多频对精密定位服务的影响:基于多频非差非组合算法,借助武汉大学提供的基于原始观测值的绝对信号偏差(OSB)产品,重点分析全球定位系统(GPS)L1/L2和北斗卫星导航系统(BDS)B1I/B3I的PPP模糊度固定解结果;然后分析三频及四频对定位结果的影响。GPS和BDS双频模糊度动态PPP实验结果表明,35 d平均收敛时间由24.08 min减少到16.43 min,改善百分比为31.7%;东(E)、北(N)、天(U)3个方向平均定位精度分别提升28.2%、24.2%、3.6%。多频PPP实验结果表明,双频和三频、四频PPP的定位精度基本保持一致,而三频和四频的收敛时间相较于双频的34.10 min,分别缩短至29.95、26.91 min,改善百分比分别为12.18%、21.07%。

一种非差非组合PPP估计卫星DCB的改进算法

提出一种基于非差非组合PPP估计卫星DCB的改进算法,该算法同时利用非差非组合PPP和载波相位平滑伪距提取斜向电离层观测值,基于单站电离层建模分离电离层观测值中的垂向电离层延迟,并假设卫星DCB之和为0以消除秩亏,最后基于加权最小二乘平差方法同时估计DCB和电离层延迟等参数。由于两类电离层观测值的精度存在差异,随机模型会出现权比失调问题。对此,引入方差分量估计方法,基于方差分量估计的残差向量,利用后验估计的方式迭代调整两类电离层观测量权比,从而达到优化随机模型的目的。利用MGEX测站数据验证算法的有效性,结果表明,本文方法卫星DCB估值精度为0.32 ns,相比传统载波相位平滑伪距方法和等权比融合两类观测值方法分别提升52.24%和43.86%。

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。

BDS-3 PPP-B2b精密轨道辅助非差非组合PPP-RTK

BDS-3通过其高轨道卫星的B2b信号向亚太地区用户免费提供了标准精密单点定位服务,但PPP近半小时的收敛时间和分米级的实时定位精度不利于其后续应用推广。因此,本文提出了融合PPP-B2b精密卫星轨道产品与区域稀疏参考站观测数据的增强定位方法,即基于PPP-B2b的非差非组合精密单点实时动态定位技术,并采用站间单差电离层伪观测值对其进行约束,以实现电离层延迟等参数的严密估计。此外,本文还重点设计了区域电离层斜延迟及其精度信息的单星实时建模方案,有效压缩播发数据量的同时提高了PPP-RTK的应用性能。在此基础上,利用京津区域参考网对上述方法进行了近实时验证。结果表明:本文方法提供的电离层斜延迟修正精度可达2.2 cm(BDS-3)/2.4 cm(GPS);超95%BDS-3+GPS定位样本的绝对误差可在2 s内收敛到水平2 cm与垂直5 cm,而且定位误差收敛后可实现水平毫米级与垂直厘米级的定位精度。

三频非组合PPP模型系统间偏差特性分析

为了进一步提高多频多全球导航卫星系统(GNSS)融合精密单点定位(PPP)的收敛速度和定位精度,提升系统间偏差(ISB)随机模型的准确性,提出一种顾及频间钟偏差模型改正的附加不同ISB随机模型约束的三频非组合PPP系统间偏差分析方法:基于多GNSS实验观测网(MGEX)中的9个连续跟踪站静态解算结果,分析全球定位系统(GPS)、北斗卫星导航(区域)系统即北斗二号(BDS-2)和北斗三号卫星导航系统(BDS-3)不同星座融合的ISB时序特征;并分析了ISB变化与接收机类型间的相关性。结果表明,对于不同卫星系统融合,3种随机模型下的ISB时间序列变化趋势基本一致,由白噪声模型得到的ISB序列略有偏离,ISB时间常数模型和随机游走过程模型吻合度最好;此外,ISB时间序列变化与接收机类型具有较强的相关性,具体表现为JAVAD TRE_3和SEPT POLARX5单天内稳定性较好,TRIMBLE ALLOY类型接收机单天内变化相对较大。

BDS-3多频非差非组合精密定轨精度分析

针对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)五频点观测数据和非差非组合精密定轨理论,介绍了非差非组合观测模型和参数估计方法,提出了利用K均值聚类算法(K-means)进行测站选取的策略,分析并讨论了非差非组合方法的优势.通过K-means和人工经验选取两种测站选取方案,分别使用BDS-3五频,B1C+B2a、B1I+B3I三种频率选择方式,利用30个观测站,对BDS-3中轨道地球卫星(MEO)和倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)进行精密定轨处理.结果表明:当接收B1C+B2a频点观测数据测站不足时,非差非组合方法可以通过利用五频观测数据增加观测数据数量、优化测站布局,提高定轨精度,与B1C+B2a频率组合相比,五频定轨结果切向(A)、法向(C)、径向(R)和三维(3D)方向均方根(RMS)月均值分别提升0.003 m、0.004 m、0.003 m和0.007 m;K-means算法选取的测站与人工经验选取相比,分布更加合理,定轨精度更高,三种频率选择方案MEO卫星3D RMS月均值精度分别提升0.009 m、0.017 m和0.009 m.

多系统多频非组合PPP模型优化及模糊度固定方法研究

相对于传统的无电离层组合模型,近年发展起来的非组合PPP可直接利用GNSS原始观测值,在未放大观测噪声的前提下,保留了电离层延迟等有效信息,且更适合当前及未来多系统多频率数据融合解算。然而,国内外对于非组合PPP的研究还比较有限,特别是在当前多系统多频率的大背景下,如何建立更为精确的函数模型和随机模型,如何高效地改正各类型观测值上的硬件延迟偏差和不同系统间的基准偏差。

无频间钟偏差改正的BDS-2三频非组合PPP随机模型优化

针对北斗二号卫星导航系统(BDS-2)频间钟偏差(IFCB)导致多频精密单点定位(PPP)解算结果产生系统性偏差的问题,本文提出了一种适用于BDS-2无IFCB改正的三频非组合PPP随机模型优化方案,通过亚太地区分布的30个监测站数据客观评估和分析了最优随机模型建立方法。结果表明,当无IFCB改正时,BDS-2第三频率载波相位观测值方差应被放大为原始方差的2.0~4.0倍。为了进一步验证该随机模型的可用性,以放大3.0倍为例,实施了额外6个连续测站BDS-2三频观测数据非组合PPP静态和动态解。定位精度和收敛时间方面均表明,当将第三频频率载波相位观测值方差放大3.0倍后与采用真实IFCB改正具有同等性能改善效果,且均优于未顾及IFCB影响的BDS-2三频非组合PPP。

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%.

BDS多频非组合伪距单点定位方法

针对北斗卫星导航系统多频伪距单点定位研究较少的现状,利用北斗卫星导航系统B1、B2和B3频率伪距观测值,提出了一种基于非组合方式的北斗卫星导航系统多频伪距单点定位方法,将三频伪距观测值作为相互独立的观测值信息进行最小二乘参数估计.采用单历元多频伪距单点定位和多历元多频伪距单点定位的数据处理模式进行用户的单点定位,多历元多频伪距单点定位采用参数消去法消掉接收机钟差,并进行法方程叠加.利用实测数据进行算法实验,结果表明基于非组合方式的北斗卫星导航系统多频伪距单点定位能达到米级至亚米级的定位精度,较北斗卫星导航系统标准定位服务的精度有明显改善.

顾及频间钟差的BDS/GPS三频非组合精密单点定位方法

采用传统精密钟差产品进行多频精密单点定位(PPP)时,频间钟差(IFCB)会对定位结果产生明显的系统性偏差,针对此问题,提出了基于无几何模型的BDS/GPS频间钟差估计方法,并推导了其在三频非组合PPP模型中的应用方法。通过全球184个监测站连续7天的数据实验,验证分析了IFCB的时变特性。结果表明:GPS和BDS GEO/IGSO卫星的IFCB周期性明显,BDS的IFCB量级小于GPS,一般不超过3 cm;对于静态PPP,与不改正IFCB相比,IFCB改正后,单GPS点位精度提高83.4%,GPS和BDS GEO/IGSO/MEO卫星的相位验后残差标准差分别减小了75.0%、54.5%、32.1%和19.2%;对于动态PPP,单GPS和BDS/GPS双系统组合的点位精度分别提高59.6%和54.7%。该方法解决了传统钟差产品与多频精密定位的兼容问题。

BDS/GLONASS非组合精密单点定位模型与算法

在GPS非组合精密单点定位(PPP)模型的基础上,针对BDS和GLONASS系统各自的特点,分别提出了适用于BDS和GLONASS系统的非组合PPP模型,并在此基础上构建了BDS/GLONASS联合处理的函数模型.新模型中考虑了BDS系统GEO卫星伪距长周期多路径效应引起的系统性偏差(BDS GEO Multipath Bias,BGMB),将其作为参数进行估计;另外,新模型中还考虑了GLONASS系统伪距频间偏差(inter-frequency-biase,IFB),将其参数化为卫星频率号的线性函数,并通过参数重组得到了满秩的函数模型和可估参数的形式.选取了2015年年积日200~230共一个月的11个MGEX跟踪站数据来验证新模型与算法的正确性和有效性,结果表明:将BDS系统伪距BGMB当作参数估计能够显著提高BDS单系统非组合PPP的收敛速度,并能减小伪距残差;通过线性函数来模型化GLONASS伪距IFB能够显著提高GLONASS单系统PPP的收敛速度,并能在一定程度上减小伪距残差;1个月BDS/GLONASS非组合PPP定位误差RMS在北、东、高三个方向分别为6.9 mm、9.1 mm和19.3 mm,表明提出的BDS/GLONASS非组合PPP模型与算法具有良好的定位性能.

多系统混频非差非组合精密单点定位方法研究

多系统多频精密单点定位(PPP)因具有增加观测冗余信息、提高系统性能可靠性和提升导航性能指标等优势而被广泛研究。非差非组合PPP模型直接使用原始伪距和载波相位观测值,不做任何线性组合,适合多系统多频率的PPP数据解算。目前,各个系统虽已提供3个或更多频率,但除北斗系统外,其余系统无法保证全星座都提供三频信号,使得多系统多频PPP的性能分析多采用多系统双频或单系统三频模型,没有充分利用多系统多频的观测信息。因此,采用多系统混频模型进行非差非组合PPP,该模型的具体表述为北斗三频+GPS双频+GLONASS双频PPP模型,充分利用可用的观测信息,提升了冗余度。利用CUT0、JFNG、NNOR、SIN1这4个测站的观测数据以及MGEX的精密轨道和钟差产品进行仿真实验,实验结果表明,多系统混频非差非组合PPP相较多系统双频非差非组合PPP的平均静态解RMS在东向提高了9.6%,北向相当,天向提高了11%;平均动态解RMS在东向提高了7.3%,北向相当,天向提高了5.7%。

一种用于长距离网络RTK基准站模糊度固定的非组合方法

基准站模糊度固定是网络RTK系统初始化的前提条件。文中使用非组合方法来固定基准站间模糊度。该方法相对于传统组合方法而言具有以下3个优点:1)基于非组合观测值,避免了观测噪声的放大;2)将L2模糊度变换为L1与宽巷模糊度WL(Wide-Lane)模糊度的差值,同步求解WL和L1模糊度浮点解,简化了计算过程;3)WL模糊度由平差得到,部分模糊度固定后,加快了其他WL模糊度的固定速度。实验结果表明,非组合方法相对于传统方法而言,WL模糊度固定速度提高了24.5%;L1模糊度固定正确率提高了7.9%。可以认为,在网络RTK初始化方面,非组合方法要优于传统方法。

一种双频非组合实时精密定位方法

为满足单系统单基线双频数据条件下的实时精密定位需求,提出一种双频非组合实时精密定位技术,基于站间-星间载波相位及伪距观测量双差观测模型,实现单系统单基线双频非组合RTK(Real Time Kinematic).通过分析双差模型观测量冗余度,确立模型残余误差处理策略,设定状态向量,推导并建立状态预测方程及测量方程,实时更新状态向量变换矩阵,根据随机模型调整两种观测量数据的权重,最后利用扩展卡尔曼滤波器技术得到实时定位结果.文中基于几组中长基线实验,通过考察定位结果的三维定位误差及整周模糊度成功固定率,验证该方法的有效性.实验结果表明,在中长基线条件下进行实时定位,该方法精度可以达到厘米级,基线长度为135.6 km时,整周模糊度固定成功率为97.3%,东向、北向、天向的CEP95定位误差分别为1.35 cm、1.84 cm、7.08 cm.双频非组合技术充分利用差分技术的优势消除与距离无关的相关误差,并有效地避免了观测值组合过程所引起的观测噪声,可以实现中长基线条件下的厘米级实时定位.

Galileo三频非组合精密定轨模型及精度评估

不断丰富的多频信号为GNSS精密数据处理带来了新的机遇与挑战。本文首先推导了适用于多频非组合(UC)观测值的GNSS卫星精密定轨模型,并给出了多频UC模糊度的双差约束策略。在此基础上,本文基于全球分布的150个MGEX测站的观测数据,对UC模型和无电离层组合(IF)模型分别使用E1/E5a、E1/E5b和E1/E5a/E5b观测值进行了Galileo卫星精密定轨。采用与外部精密产品对比、轨道边界不连续性比较和卫星激光测距(SLR)检核等方法评估了不同策略的定轨精度。结果表明:双频情况下,本文提出的UC模型与目前常用的IF模型定轨精度基本一致,两者定轨结果的1DRMS差异在1 mm以内,钟差STD差异在0.01 ns以内,SLR残差差异在2 mm以内。使用E1/E5a/E5b观测值后,UC模型和IF模型的浮点解精度相较于使用E1/E5b观测值的结果有1~2 mm的改善。

三频非组合模型的GPS/BDS/Galileo精密定轨

四大GNSS导航卫星系统发播三频及以上观测数据成为必然趋势。本文基于IGS钟差基准研究了三频非组合(UC)精密定轨模型及其模糊度固定方法。将载波相位硬件延迟分成时变和时不变参数,并进行参数重组,得到三频非组合定轨观测模型;类似精密定位中的超宽巷、宽巷、窄巷的分步模糊度固定策略,使用双差法推导了三频非组合模糊度固定方法。以发射三频信号的GPS IIF、BDS-2、Galileo卫星为例,进行1/2频点消电离层组合(IF)定轨、1/3频点IF定轨、1/2频点UC定轨和三频UC定轨共4种方案进行试验,使用外部轨道产品、天边界连接点、卫星激光测距3个手段对定轨结果进行验证,评定第三频点对轨道、钟差及其他参数的贡献。结果表明第3频点观测量对精密定轨贡献很小(不到5%);同时发现GPS三频定轨较L1/L2双频定轨可将定轨产品精度提升10%左右,原因可能是L5较L2频点具有更高的码片率和信号功率。