非差观测模型的北斗系统实时动态定位算法

为了提高BDS实时动态定位(RTK)的解算精度,文章研究一种基于非差观测模型的BDS单参考站RTK算法和非差改正数的计算方法,提出一种统一的精密定位数学模型,利用参考站的非差误差改正数以单颗卫星为对象进行误差改正:固定非差宽巷整周模糊度,并固定非差整周模糊度。实验结果表明,利用非差观测模型可实现BDS单参考站RTK定位,并获得厘米级的定位精度。     

一种适用于大规模用户的非差网络RTK服务新方法

首先证明了非差网络实时动态定位(real time kinematic,RTK)与广域精密单点定位(precise point positioning,PPP)-RTK用户模糊度解算结果的一致性,并利用前者的模糊度可快速固定而后者无需用户与基准站间实时数据通讯的特性,提出了一套适用于大规模用户的非差网络RTK服务模式。按照新模式处理了湖北省连续运行参考站系统的一组实时数据,并与采用原有服务模式的解算结果进行比较,定量评估了新服务模式在实时应用中的定位精度及可靠性。结果表明,对于基准站间平均距离约为120km的区域增强网,网内用户一般只需几个历元进行初始化,便可获得平面方向1~2cm、高程方向6.3cm的快速实时精密定位服务;并且一旦用户完成模糊度初始化,区域增强系统可同时服务的用户数量将不再受限制;与采用原有非差网络RTK模式时94.274%的服务有效性相比,新模式的服务有效性高达99.914%,有效填充了原有服务模式下由于用户周边基准站区域增强信息中断引起的"服务空隙"。     

利用参考站增强信息进行精密单点定位

提出一种基于参考站增强信息的精密单点定位（Precise Point Positioning,PPP)新算法。与其它方法的不同在于采用星间历元间差分技术,消除了模糊度和接收机钟差,避免模糊度参数的收敛或固定。应用基于参考站的增强信息 ,以减弱残余对流层延迟和潜在偏差对定位结果的影响。与传统PPP处理方法相比较,提出的新方法可以改善位置参数的收敛速度,定位精度也有一定程度的提高。     

基于非差观测的网络实时动态定位方法及其在连续运行基准站跨网服务中的应用

基于非差观测的网络实时动态定位(RTK)方法通过提供每颗卫星的误差改正量,使网内用户获得与网络RTK方法等价的快速精密单点定位服务。当用户跨越连续运行基准站(CORS)网内由不同参考站组成的子网(参考子网)甚至跨越不同CORS网时,都能有效避免因所选取的主参考站变化而引起的模糊度重新初始化,从而保持观测时段内用户定位结果的连续可靠和跨CORS网服务时算法上的无缝衔接。通过对海上实测动态数据处理结果的分析,验证该方法的定位精度、初始化时间与现有网络RTK方法在量级上的一致性,以及跨不同参考子网和CORS网时实现无缝衔接的有效性。     

区域参考站网支撑的PPP和RTK一体化服务及其性能

GNSS区域参考站网可为大范围PPP和RTK终端用户提供快速精密定位服务,然而不同技术体制下的误差影响因素及服务模式不同,服务端数据处理方法及终端定位性能也会有所差异。本文在实现参考站非差模糊度固定的基础上,给出了基于区域参考站网的PPP及RTK一体化服务方法,并对两种技术体制的终端定位效果进行了全面评估。采用西北某省站间距约100 km的CORS站网数据进行试验分析,结果表明,采用区域参考站网解算的整数钟/UPD产品进行PPP固定解动态定位时精度较高,水平方向RMS可达0.5 cm,区域大气改正数可以显著提升定位终端的初始化速度,对于PPP和RTK,60.0%和87.7%的时段单历元即可得到固定解。需要注意的是,基于VRS模式的RTK定位等价于大气强约束,在大气建模精度较差时定位精度会显著下降,而采用虚拟大气约束的PPP-RTK定位精度几乎不受影响。     

精密单点定位模糊度快速固定算法

精密单点定位非差模糊度解算和收敛时间是制约其应用和发展的主要因素。本文从基本观测模型出发,将消电离层模糊度分解为宽巷和窄巷分别固定,并对固定方法做了改进,削弱了初始历元相关性对收敛速度的影响;提出非差相位延迟估计(PDE)解算模型,在不利用区域或全球参考站的前提下解算卫星与接收机相位延迟。通过对中国6个IGS站数据处理结果显示,93%的模糊度可以在20 min内固定。固定后定位精度在E,N和U方向上分别提高了63%,53%和24%;定位精度可以达到毫米至厘米级。对于数据质量较好的站点(如上海站)平面精度可达3 mm,模糊度固定后精密单点定位有了很大提高。     

无电离层组合、Uofc和非组合精密单点定位观测模型比较

GNSS精密单点定位技术因其只采用单台接收机就能获得高精度的定位结果而成为近年来的研究热点。精密单点定位通常采用3种模型:无电离层组合模型、Uofc模型与非组合模型。本文从模糊度固定的角度详细论述了这3种模型的相互关系,公式推导证明了非组合模型与Uofc模型等价,且都优于无电离层组合模型;与采用等价性原理消去电离层延迟的Uofc模型相比,非组合模型将电离层延迟作为参数求解,能为用户提供附加电离层先验约束的条件,从而方便地转换为电离层加权模型。在固定宽巷模糊度的情况下,采用模糊度精度因子(ADOP)对模糊度的固定效率进行了分析,验证了Uofc模型相对于无电离层组合模型具有噪声小、不损失原始观测信息等优点。而附电离层约束的非组合模型在高精度先验电离层信息约束下能有效提高模糊度固定效率。     

PPP-RTK模糊度快速固定算法研究

将网络RTK（NRTK）与精密单点定位（PPP）技术优势融合的PPP-RTK技术，已经成为目前精密定位研究的热点. 本文提出一种将模糊度快速固定的解决方案，优化了PPP-RTK的模糊度固定解的算法，使得模糊度估计可靠性提高. 在实验中，利用国际GNSS服务（IGS）测站的实测数据进行了PPP-RTK定位解算. 结果统计表明:利用该算法对静态数据进行定位处理，其中数据收敛时间达到厘米级需要20 min，其中在平面位置方向的定位精度优于3 cm，在高程方向上的定位精度优于5 cm.      

GNSS RTK实时自适应换站方法

在中长基线的GNSS动态相对定位中,随着基线长度的增加,参考站与流动站之间误差的相关性会下降,导致模糊度无法快速固定,定位性能下降。在多GNSS参考站条件下,可以通过自适应选择距离更近的参考站,形成更加合理的基线,以保障RTK定位的精度。为解决换站后重新初始化模糊度所带来的定位结果重新收敛问题,本文提出了一种GNSS RTK实时自适应参考站换站算法,引入原参考站与新参考站之间的双差模糊度作为辅助,从而得到准确的新参考站与流动站之间的双差模糊度先验信息,避免了换站后模糊度的重新初始化,得到了连续的高精度定位结果。该方法可适用于实时定位,能够满足大范围RTK高精度连续定位的需求。利用香港CORS站数据进行验证,结果表明,本文换站算法能够克服换站导致的定位重收敛问题,且能够保障换站前后获得连续的高精度定位结果。     

BDS／GPS 组合 RTK 定位性能分析

针对单系统RTK存在可见卫星数少等问题,文中研究BDS/GPS站间单差的RTK算法模型,该模型采用二次型函数部分最小化及LAMBDA方法联合搜索模糊度。利用该模型分析BDS/GPS组合RTK的定位性能,通过短基线实测数据分析表明:站间单差RTK模型与双差模型是等价的;BDS/GPS组合系统相比于单一系统,明显提高定位的稳健性和精度,改善模糊度固定的成功率。     

A reference station-based GNSS computing mode to support unified precise point positioning and real-time kinematic services

Currently, the GNSS computing modes are of two classes: network-based data processing and user receiver-based processing. A GNSS reference receiver station essentially contributes raw measurement data in either the RINEX file format or as real-time data streams in the RTCM format. Very little computation is carried out by the reference station. The existing network-based processing modes, regardless of whether they are executed in real-time or post-processed modes, are centralised or sequential. This paper describes a distributed GNSS computing framework that incorporates three GNSS modes: reference station-based, user receiver-based and network-based data processing. Raw data streams from each GNSS reference receiver station are processed in a distributed manner, i.e., either at the station itself or at a hosting data server/processor, to generate station-based solutions, or reference receiver-specific parameters. These may include precise receiver clock, zenith tropospheric delay, differential code biases, ambiguity parameters, ionospheric delays, as well as line-of-sight information such as azimuth and elevation angles. Covariance information for estimated parameters may also be optionally provided. In such a mode the nearby precise point positioning (PPP) or real-time kinematic (RTK) users can directly use the corrections from all or some of the stations for real-time precise positioning via a data server. At the user receiver, PPP and RTK techniques are unified under the same observation models, and the distinction is how the user receiver software deals with corrections from the reference station solutions and the ambiguity estimation in the observation equations. Numerical tests demonstrate good convergence behaviour for differential code bias and ambiguity estimates derived individually with single reference stations. With station-based solutions from three reference stations within distances of 22–103 km the user receiver positioning results, with various schemes, show an accuracy improvement of the proposed station-augmented PPP and ambiguity-fixed PPP solutions with respect to the standard float PPP solutions without station augmentation and ambiguity resolutions. Overall, the proposed reference station-based GNSS computing mode can support PPP and RTK positioning services as a simpler alternative to the existing network-based RTK or regionally augmented PPP systems.     

A comparison of three PPP integer ambiguity resolution methods

Precise point positioning (PPP) integer ambiguity resolution with a single receiver can be achieved using advanced satellite augmentation corrections. Several PPP integer ambiguity resolution methods have been developed, which include the decoupled clock model, the single-difference between-satellites model, and the integer phase clock model. Although similar positioning performances have been demonstrated, very few efforts have been made to explore the relationship between those methods. Our aim is to compare the three PPP integer ambiguity resolution methods for their equivalence. First, several assumptions made in previous publications are clarified. A comprehensive comparison is then conducted using three criteria: the integer property recovery, the system redundancy, and the necessary corrections through which the equivalence of these three PPP integer ambiguity resolution methods in the user solution is obtained.     

非差FCB估计及其在PPP模糊度固定中的应用

模糊度固定能够显著提高精密单点定位(PPP)的精度和收敛速度,是国内外卫星导航定位领域的研究热点．本文通过最小二乘法分离接收机端和卫星端小数周偏差(FCB),恢复非差模糊度的整数特性,将得到的卫星端FCB提供给用户,能够实现非差模糊度固定的PPP．采用全球IGS跟踪站的观测数据进行非差FCB解算,实验结果表明,宽巷FCB的稳定性较好,一周内变化小于0.1周,而窄巷FCB一天内变化较大．将获得的FCB用于模糊度固定PPP实验,E、N、U三个方向的定位精度分别为0.7 cm、0.8 cm和2.1 cm,与浮点解PPP相比,分别提高68％、51％和37％,验证了本文估计的FCB用于模糊度固定PPP的定位性能      

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。     

附加历元间约束的滑动窗单频实时精密单点定位算法

针对同时估计电离层延迟导致的单频精密单点定位解算秩亏问题,提出了一种附加历元间约束的多历元递推算法。该算法根据无周跳时前后历元模糊度不变的特性,在每一组多历元联合数据解算时,每颗卫星只设置一个模糊度参数,不需要外部先验信息约束即可解决秩亏问题。另外,本文算法同时考虑了参数及观测值之间的时间相关性,采用附加约束的平方根信息滤波对部分参数进行历元间约束,克服多历元算法的病态性,提高了算法的可靠性。试验采用全球分布的15个IGS跟踪站14 d的数据,静态定位精度优于3 cm,仿动态解约为1.5 dm。与同时估计电离层延迟的单频PPP方法相比,收敛速度提高了24%,与双频无电离层组合PPP的收敛速度基本一致,定位精度提高了30%,高程分量定位精度提高更为明显。     

GNSS载波相位整数等变估计及其PPP性能提升算法

精密单点定位技术能够提供全球高精度定位结果,其主要技术瓶颈在于定位收敛时间长,载波相位模糊度固定技术是加快PPP收敛速度、改善定位精度的主要手段之一。模糊度固定的可靠性问题在PPP定位中尤为突出,因为模糊度浮点解质量取决于服务端产品质量、接收机噪声特性和观测环境等多种因素,所以高可靠PPP模糊度固定技术仍然充满巨大挑战。为了保障PPP定位的可靠性,本文将最优整数等变估计(best integer equivariant,BIE)引入PPP模糊度估计过程中。BIE法利用GNSS模糊度整数解加权融合以获得最优的浮点模糊度估计值,可有效降低模糊度错误固定风险,同时又利用了模糊度整数解信息来提升模糊度估值精度,从而提升PPP定位精度,缩短模糊度收敛时间。本文选取了105个全球分布的MGEX测站对BIE估计PPP模糊度的性能进行验证,试验结果表明,与模糊度固定解相比,采用BIE估计PPP模糊度能够进一步改善坐标三分量(东、北、垂向)定位性能,收敛时间分别减少了37%、28%与31%,收敛后定位精度分别提高了9%、8%和3%。此外,BIE估计PPP模糊度定位结果的毛刺和阶跃现象更少。     

GPS/BDS/GLONASS双频RTK定位算法研究

针对GLONASS采用频分多址技术导致双差观测方程中双差模糊度失去整周特性的问题，提出了一种基于站间单差模糊度分别求解的方法，并结合附加模糊度参数的卡尔曼滤波模型，实现了GPS/BDS/GLONASS组合RTK定位。通过自编RTK程序对GPS、BDS与GLONASS双频实测短基线数据进行测试，并对比分析其他RTK模式下的稳定性与定位精度。结果表明，GLONASS单频和双频定位的模糊度固定率分别为99.8%、99.7%，其定位精度与BDS、GPS相差不大。在单频或双频RTK定位中，双系统、三系统组合定位的稳定性和定位精度明显高于单系统，其中三系统组合定位的稳定性最好，精度最高。随着频率增加，初始化时间明显减少，为实现单历元获得固定解提供了可能性。     

一种机载GNSS高精度定位算法

提出部分模糊度固定的加权电离层模型提高大范围全球卫星导航系统(GNSS)航空定位的精度、可靠性及连续性．该方法的主要思路包括:自适应调整大气扰动等误差影响以实现短基线与长基线两类解算模式之间的灵活切换;施加虚拟电离层观测约束信息,提高基线动态定位的浮点解精度;采用部分模糊度固定方法有效挖掘若干模糊度参数的整周约束．试验表明,提出的方法可提高模糊固定效率与定位精度,克服传统方法有效观测信息利用率不足、定位精度较差、可靠性不高以及连续性较差的问题．实验结果表明,部分模糊度固定算法可在2 min内固定95％以上宽巷模糊度解算与80％以上窄巷模糊度,约20 min后可固定所有模糊度．