GNSS PPP海洋平台动态变形监测分析

实时监测海洋平台在环境激励下的动态变形对于保障其安全运营有着重要意义。GNSS PPP技术无需设置基站,仅依靠单点监测站便可实现精密单点定位,因而在海洋平台变形监测领域具有潜在的应用价值。针对GNSS PPP信号受背景噪声干扰而精度较低的问题,本文提出改进CEEMDAN算法对GNSS PPP信号降噪,并应用于某海洋平台动态变形监测。结果表明:①GNSS PPP技术结合改进CEEMDAN算法可有效监测海洋平台在环境激励下的动态变形;②改进CEEMDAN可有效去除GNSS PPP背景噪声干扰;③基于降噪后信号可获取监测点清晰的三维位移轨迹,从而为结构安全评估提供参考。

PPP/PPP-RTK新进展与北斗/GNSS PPP定位性能比较

首先简要回顾了精密单点定位(PPP)技术在最近几年的发展现状,重点总结了高采样率钟差实时快速估计、多系统组合PPP模糊度固定、多频GNSS PPP模型及其模糊度固定、PPP快速初始化、PPP-RTK等若干热点方向的最新研究进展。在此基础上,利用目前四大卫星导航系统(GPS、GLONASS、Galileo、北斗)最新的实际观测数据,全面比较分析了各系统及多系统组合PPP定位性能,重点给出了北斗二号+北斗三号PPP浮点解和固定解的定位精度、收敛时间和首次固定时间。结果表明:我国北斗导航卫星系统已经可以实现与其他导航卫星系统基本相当的PPP定位性能。北斗二号+北斗三号组合PPP的收敛时间/首次固定时间20~30 min;静态解的东、北、天方向定位精度在毫米到厘米级;动态解水平方向约5 cm,高程方向约7 cm;多系统组合可显著提高PPP定位精度、收敛时间和首次固定时间:固定解定位精度比浮点解在东、北、天方向分别提升了14.8%、12.0%和12.8%;相比单GPS,多系统组合PPP浮点解的收敛时间和固定解首次固定时间分别缩短了36.5%和40.4%。

卫星截止高度角和系统组合对GNSS PPP精度影响研究

为研究卫星截止高度角和GNSS系统组合对PPP精度的影响,对部分MGEX观测站10d的实测数据分别进行24h的精密单点定位数据处理,分析了5°~55°不同截止高度角下单系统GPS、BDS、GLONASS、双系统GPS/BDS、GPS/GLONASS、GLONASS/BDS、三系统GPS/BDS/GLONASS组合的可见卫星数以及定位精度。在确定的系统组合情况下,对不同截止高度角的定位精度分析表明,单系统定位的截止高度角应设置在30°以下,双系统应设置在40°以下,多系统应设置在55°以下;所有组合方式的最优截止高度角均在7°~15°;在确定的卫星截止高度角情况下,对不同系统组合的定位精度分析表明,当截止高度角小于40°时,定位精度最高的为GPS/BDS/GLONASS,最低的为BDS,其他系统组合居中;当截止高度角小于25°时,系统组合对定位精度的影响较为明显,随着截止高度角的增大(从25°到40°时),这种影响逐渐减小,当截止高度角进一步增大至40°时,主要依靠BDS卫星定位,能够进行定位的系统组合定位精度基本相当。

GNSS PPP/INS紧组合模式下的远海无验潮水深测量

为实现高精度远海水深测量潮位改正,基于GNSS/INS组合系统开展了远海多波束无验潮水深测量方法研究,并给出了无验潮水深测量基本原理及实施技术流程。结合GNSS/INS组合形式及滤波原理,分别探讨了在GNSS有效和失效状态下PPP/INS松组合与紧组合的性能差异。以PPP/INS紧组合解算结果为基础进行无验潮水深测量改正,并与传统预报潮位改正方法进行了对比,经试验验证,基于PPP/INS紧组合模式下的远海无验潮水深测量准确度可达0.14 m,并有效消除了动态吃水影响,在典型水深断面处的水深测量准确度明显优于预报潮位改正模式。

基于PPP-AR批量处理GNSS观测数据的方法与措施

为快速可靠地处理大量GNSS观测数据,以PPP-AR技术为数据处理的核心底层,采用规则结构化的GNSS数据存储目录和IGS产品,通过分年批处理脚本实现标准的数据处理流程,以6.5年的GNSS观测数据验证了批量处理的可行性。

不同环境下手机GNSS数据质量及PPP性能分析

为了进一步提高智能手机的定位精度,提出一种不同环境下智能手机全球卫星导航系统(GNSS)数据质量及精密单点定位(PPP)性能的分析方法:通过可见卫星数、数据完整率、数据中断次数、载波噪声密度比(C/N0,文中简称为载噪比)、多路径5个指标对小米8手机在开阔、信号塔、河边、树荫和高楼5种不同环境下的GNSS数据质量进行对比分析;随后测试其在不同环境下的PPP性能。结果表明:在可见卫星数方面,全球定位系统(GPS)与北斗卫星导航系统(BDS)观测卫星数明显较多;在数据完整率方面,L5/E5a频率信号相对L1/E1频率信号更易受环境因素的影响;对于数据中断情况,L5/E5a频率信号发生中断的次数在开阔、信号塔、河边和树荫4个不同环境下分别比L1/E1频率信号增加了95%、89%、54%和32%;对于载噪比,不同环境下的L1/G1/B1/E1频率信号C/N0均与高度角呈明显正相关关系,而L5/E5a频率信号C/N0与高度角无明显相关关系;在多路径方面,小米8手机的多路径均方根误差是天宝大地型接收机的5倍多,表明手机内置的线性极化天线对多路径的抑制能力较差;另外,河边和高楼环境下的多路径误差明显增大;在定位性能方面,使用单双频混合PPP模型在静态开阔环境下小米8手机三维定位精度可达1.45 m,相比信号塔、河边、树荫和高楼环境分别提高了6%、42%、44%和94%,动态PPP三维定位精度相比静态下降到2.35 m。

北斗/GNSS机载动态PPP性能分析

针对基于机载动态场景下的实测数据,使用开源的PRIDE PPP-AR软件,采用伪距和载波相位观测值构建双频的消电离层组合(IF)进行了动态精密单点定位(PPP)实验,并对比了单北斗卫星导航系统(BDS)以及BDS/GNSS在进行机载大动态PPP定位方面的性能.结果表明:多系统组合在卫星数、卫星几何构型以及位置精度衰减因子(PDOP)等方面均优于单系统,且对比单GPS而言,平面(东(E)、北(N)、高程(U))方向的定位精度分别提升了10%和12%;此外将开源软件PRIDE PPP-AR的解算结果与商业软件WayPoint进行了对比,结果表明前者的定位精度在E和U方向分别提升了46%和36%,N方向提升最多,提升了近2倍,因而PRIDE PPP-AR具备更高的动态解算精度与可靠性.

GNSS-PPP多系统多频点组合定位精度分析

为了进一步推广全球卫星导航系统(GNSS)精密单点定位(PPP)技术并实现多GNSS-PPP工程应用,基于国际GNSS服务组织(IGS)多模GNSS实验跟踪网(MGEX)测站数据,研究GNSS-PPP组合定位的精度以及性能:介绍和分析4大GNSS综合PPP技术;并采用多系统多频点组合定位测试PPP的收敛时间和定位精度,同时针对不同高度截止角对比分析单GPS-PPP与多GNSS-PPP效果。结果表明:多系统组合定位比单GNSS系统在精度以及收敛时间上都有显著改善,东、北、高3个分量的精度可平均提升30.7%,收敛时间可降低55.3%;由于多系统组合定位增加了可见卫星数,因此截止高度角对GNSS-PPP结果影响较小。

GNSS非差非组合数据处理与PPP-RTK高精度定位

本文首先回顾了GNSS差分和组合数据处理的起源、特点和应用,并阐述了其在多频多模背景下的局限。然后,引出了非差非组合数据处理的诸多优势,介绍了构建满秩非差非组合函数模型的消秩亏方法。基于该方法,本文系统构建了系列非差非组合PPP-RTK模型,包括伪距加相位和仅用相位两大类。两类模型均考虑不同的大气约束而衍生出电离层加权、浮点和固定3种变体,且所有模型均顾及码分多址和频分多址两类系统。最后,本文测试分析了非差非组合PPP-RTK在无人船、无人机和农机应用中的动态定位性能。试验结果表明,3个场景下的模糊度首次固定时间均在10 s以内,模糊度固定成功率在96%以上,水平定位精度优于2 cm,高程定位精度优于5 cm。在Galileo+GPS+BDS三系统农机定位中,仅用相位PPP-RTK与伪距加相位PPP-RTK定位性能相当。与Galileo+GPS双系统定位相比,三系统PPP-RTK将模糊度首次固定时间从几百秒缩短至几秒,模糊度固定成功率从85%左右提升至99%以上,定位精度提升了30%左右。

GNSS观测值域增强PPP定位中综合改正数质量控制算法

若全球卫星导航系统(GNSS)观测值域综合改正数中存在粗差或周跳则不可避免地会影响精密单点定位(PPP)增强的定位结果.针对综合改正数中可能存在的异常,对综合改正数质量控制方法开展研究并提出异常识别与控制算法.该算法根据综合改正数特点,利用经过频间和二阶历元间差分后的综合改正数组合值采用中位数法进行异常识别与定位,并对使用该异常值的卫星采用模糊度重新初始化、降权或剔除方法进行控制处理,以减少异常值对结果的影响.以平均边长为26 km的部分香港连续运行参考站(CORS)组成的参考网以及科廷大学提供的零基线数据对该方法验证,结果表明:对30s采样间隔的数据该方法能够有效探测出差分组合值中大部分1周以上的较大异常和部分1周以内的异常,有效控制部分异常值对定位结果的影响.

融合GNSS兼容频率静态PPP对流层延迟评估

为进一步评估周边对流层延迟,本文基于中国境内以及周边5个MGEX跟踪站,对比分析BDS-3及与BDS-3兼容频率组合静态精密单点定位精度以及评估对流层延迟结果。实验结果表明,双系统组合能有效改善卫星状况,BDS-3以及其他情况静态精密单点定位水平精度优于1.5 cm,高程定位精度优于3 cm,评估对流层延迟结果较好,JFNG站评估对流层延迟结果误差在1 cm以内,其余测站评估对流层延迟结果误差在1—2 cm之间。

PPP协议在网络传输GNSS数据流中的应用

本文详细地介绍了PPP协议的协商建立过程,对其数据格式及含义进行了解释。在此基础上,结合网络RTK客户端研发的实际情况,着重研究了基于GPRS无线方式的PPP联接的实现,并通过嵌入式开发的方法对整个联接过程进行了实现,对实际应用中产生的数据帧进行了分析,最后就实际研发过程中遇到的问题进行了总结。

几种附电离层约束GNSS单频PPP性能评估

针对单频精密单点定位(PPP)两种常用的定位模型:非组合模型和附加电离层约束模型,同时综合考虑电离层约束模型三种不同约束策略(常数约束,时空约束,逐步松弛),对比分析了其使用GPS单系统及GPS+BDS双系统观测值的定位收敛时间,定位精度及其优缺点.实验结果表明:使用GPS单系统,附加不同电离层约束对单频PPP收敛时间缩短效果显著,其中逐步松弛约束平均收敛时间最短,其平均收敛时间为32.36 min,四种定位模型收敛后的定位精度基本相当.加入北斗卫星导航系统(BDS)后,四种定位模型的收敛时间均有不同程度的缩短,其中时空约束模型缩短最为显著,收敛时间缩短为单系统的59.22%.在定位精度方面,加入BDS观测值后水平方向定位精度可提升0.5~1.3 cm,垂直方向定位精度略有下降.

基于PRIDE PPP-AR的精密单点定位精度分析

为充分验证PRIDE PPP-AR软件在精密单点定位解算方面的稳定性与精度,本文利用收集的134座HLJCORS基准站GNSS观测数据,同时采用PRIDE PPP-AR软件与高精度GNSS数据处理软件Bernese进行精密单点定位解算,通过解算坐标的分析可知,PRIDE PPP-AR软件在水平分量上与Bernese相差平均约4 mm,在垂直分量上基本一致。基于本文研究,在工程应用中可以优先考虑采用PRIDE PPP-AR软件,实现高效、快速、高精度定位的需求。

削弱磁暴对PPP影响的周跳探测阈值模型

为了减少磁暴环境下全球卫星导航系统(GNSS)载波相位观测值的周跳误探率,从而提高GNSS精密单点定位(PPP)性能,提出一种可削弱磁暴对PPP影响的周跳探测阈值模型:利用不同磁暴强度下15个磁暴日的国际GNSS服务组织(IGS)站总计3524组观测数据构建顾及电离层扰动指数(ROTI)的周跳探测阈值模型,简称ROTI_CSTM;并通过采用强磁暴、中磁暴、弱磁暴下全球158个IGS跟踪站观测数据对ROTI_CSTM模型进行PPP实验验证。结果表明,相比于常用的图尔博·埃迪特(TurboEdit)周跳探测阈值,采用ROTI_CSTM的全球定位系统(GPS)PPP在弱磁暴、中磁暴、强磁暴环境下的水平方向定位精度可分别提高16.98%、17.06%和52.44%,在高程方向的定位精度可分别提高25%、16.39%和59.43%;相比于甘普(GAMP)软件的阈值模型,在弱磁暴、中磁暴、强磁暴环境下的水平方向定位精度可分别提高4.04%、11.40%和20.90%,在高程方向的定位精度可分别提高5.37%、7.75%和26.23%。

GNSS精密单点定位技术及应用进展

综合分析讨论了GNSS精密单点定位(PPP)技术及应用的最新进展。重点对GNSS精密单点定位实数解、固定解、实时精密单点定位、PPP-RTK和多频多系统精密单点定位等5个方面的核心关键技术和实现方法进行了总结和讨论。结合PPP技术的特点和优势,论述了PPP在低轨卫星定轨、地震、对流层和电离层等方面的典型应用。针对多频多系统GNSS的最新发展动态,展望了PPP技术今后的发展趋势,并指出了精密单点定位技术和推广应用还有待进一步研究的问题。

基于多系统组合的PPP模糊度快速固定研究

探讨了组合多系统的精密单点定位(PPP),通过MGEX实测数据进行多系统PPP解算,分析了不同系统组合PPP定位精度和收敛速度,以及多系统组合对GPS模糊度首次固定时间的影响。实验结果表明,在静态和仿动态条件下,组合系统PPP的收敛速度和短时间定位精度明显优于单系统PPP,同时多系统组合PPP能够加快浮点模糊度收敛,缩短GPS PPP模糊度的首次固定时间。

Android智能手机GNSS高精度实时动态定位

本文基于智能手机GNSS观测值的质量和性质,利用手机载波相位观测值不确定度进行粗差处理,使用星间单差法消除智能手机伪距和载波相位观测值之间差值不固定特性的影响,针对手机观测值修改滤波过程中的观测值噪声方差数值,采用不固定载波相位整周模糊度的常加速度动态单频Kalman滤波模型实现实时PPP和RTK两种定位方法,提高手机实时GNSS定位精度。使用某智能手机进行验证,单频实时动态PPP定位在99s内达到稳定状态,平面定位精度为1.51 m,高程精度为2.79 m;RTK定位在27 s内达到稳定状态,平面定位精度为0.73 m,高程精度为0.78 m。测试结果表明目前智能手机的GNSS定位模块具有提供更加精准的位置服务能力,甚至在某些特定场景下具有实施测绘作业的潜能。

GNSS多系统动态精密单点定位性能分析

文中在GPS精密单点定位(PPP)理论与方法的基础上,给出了多系统组合的精密单点定位技术观测模型,采用GPS、GLONASS、GALILEO、BDS四大卫星导航定位系统的实测数据,研究并分析了四系统组合PPP的定位性能。结果表明,多系统PPP精度较单系统有很大提高,GPS+GLONASS+GALILEO+BDS四系统组合动态PPP在三个方向平均偏差约为0.7cm、0.6cm和1.7cm,收敛时间为15~20min左右,并且多系统PPP在截止高度角增大时,依然有充足的卫星数量,当截止高度角达到30°时,依然能达到cm级定位精度,对机载动态数据进行PPP解算结果显示,四系统组合解算的结果与利用GrafMov的解算结果符合得最好,优于其他双系统和单系统PPP的精度。

GNSS多系统组合精密定位研究进展

近年来,我国北斗卫星导航系统(BDS)以及欧洲伽利略卫星导航系统(GALILEO)正在快速建设与发展,同时,GPS和GLONASS卫星导航系统的现代化也在逐步推进,卫星导航定位领域正发生着深刻的变革。系统介绍了各卫星导航系统的建设和发展状况,探讨了多系统组合定位带来的机遇和面临的挑战,以及当前对这些问题的研究现状,最后对多系统组合定位的应用前景进行展望。