GPS/BDS/Galileo三频精密单点定位模型及性能分析

在精细考虑伪距和载波相位硬件偏差时变特性的基础上,导出了更为严谨的非差非组合观测方程,并给出了非组合模式下两类GNSS偏差的数学表达形式.基于此,本文详细研究了3种常用的三频精密单点定位(PPP),即无电离层两两组合IF1213、单个无电离层组合IF123与非组合UC123函数模型的独立参数化方法,系统分析了3种PPP...     

GPS/BDS组合实时动态精密单点定位

针对常规模式下。单系统实时精密单点定位精度受接收机环境和可视卫星数量影响严重等问题,研究了GPS/BDS双系统实时精密单点定位,采用非差无电离层组合载波和伪距观测值,详细推论了Kalman滤波参数估计方法的基本原理,并利用其进行参数估计,最后通过IGS站和实测数据进行了实时PPP实验,实验表明:GPS/BDS双系统定位模式较GPS单系统有明显改善,在E、N、U方向收敛后RMS值分别达到0.125 m、0.117 m、0.289 m,较单系统在各方向分别改善了11.9%、18.1%、22.5%。证明了GPS/BDS实时PPP能够达到分米级到厘米级定位精度。     

BDS/Galileo对多系统精密单点定位贡献分析

使用10个MGEX测站的数据对4种解算模式GPS、GPS/BDS、GPS/Galileo及GPS/BDS/Galileo在定位可用性、定位精度和定位稳定性及收敛时间3个方面的PPP性能进行了对比分析。实验结果表明:GPS/BDS和GPS/Galileo双系统组合PPP在各方面的性能相当。相比GPS单系统PPP,双系统PPP能增加可用卫星数,改善卫星空间几何构型,定位精度提升20%～35%,定位稳定性提高25%～40%,收敛时间缩短35%～45%。BDS在较高截止高度角下的可用性、天向定位精度、水平方向定位稳定性、天向收敛速度方面的贡献略优于Galileo。GPS/BDS/Galileo三系统组合的PPP性能进一步提升。     

BDS/GPS精密单点定位收敛时间与定位精度的比较

采用武汉大学卫星导航定位技术研究中心发布的北斗精密卫星轨道和钟差,在TriP 2.0软件的基础上实现了BDS PPP定位算法,并利用大量实测数据进行了BDS/GPS静态PPP和动态PPP浮点解试验。结果表明,BDS静态PPP的收敛时间约为80min,动态PPP的收敛时间为100min;对于3h的观测数据,静态PPP收敛后定位精度优于5cm,动态PPP收敛后水平方向优于8cm,高程方向约12cm;与GPS PPP类似,东分量上定位精度较北分量稍差。当前由于BDS的全球跟踪站有限,精密轨道和钟差精度不如GPS,因此BDS PPP的收敛时间较GPS长,但收敛后可实现厘米至分米级的绝对定位。     

多频Galileo精密单点定位瞬时模糊度固定性能评估

随着Galileo卫星系统的全面建成,多频Galileo观测值提供了更低噪声和更长波长的观测值组合,从而为Galileo瞬时精密单点定位（precise point positioning,PPP）模糊度固定（ambiguity resolution,AR）提供良好的条件。从三频无电离层组合观测模型出发,重点分析了Galileo各个频点观测值组合的噪声放大因子,并基于15个MGEX(multi-GNSS experiment)测站10天的观测数据评估了不同频率组合的Galileo瞬时PPP-AR定位精度。结果表明：在位置精度衰减因子（position dilution of precision,PDOP）较差时（PDOP=2.3）,采用Galileo E1/E5a/E6频率的瞬时PPP-AR在东、北和天方向的均方根（root mean square,RMS）分别为0.16 m、0.19 m和0.45 m,与Galileo E1/E5a/E5b瞬时PPP-AR定位解相比,在3个方向分别提高了约40%、38%和32%。以上结果表明,采用Galileo E1/E5a/E6组合对瞬时PPP-A...     

BDS静态精密单点定位模糊度固定解精度分析

针对BDS单系统未校准相位延迟(UPD)估计以及不同时长精密单点定位(PPP)模糊度固定对定位精度影响的问题,该文选取56个测站估计UPD,利用未参与UPD计算的8个测站进行不同时长BDS静态PPP模糊度固定实验。结果表明:BDS星间单差宽巷和窄巷UPD在连续时段内具有一定的稳定性,其估计精度满足用于PPP模糊度固定要求。时长越短模糊度固定率越低。以IGS周解为参考值,不同时长模糊度固定解较浮点解三维定位精度均提高12%以上,时长越短模糊度固定解精度提高越显著。因此,模糊度固定是提高BDSPPP定位精度的重要手段。     

北斗双频／三频静态精密单点定位性能比较与分析

针对目前仅北斗全星座提供三频观测数据,而不同线性组合模型影响精密单点定位(PPP)精度和收敛速度的问题,本文着重推导了北斗三频无电离层最优组合精密单点定位数学模型,以此为基础,采用大量实测数据进行北斗双频、三频静态PPP实验。结果表明,相比于北斗双频静态PPP,北斗三频静态PPP在收敛速度和定位精度上有所提高,绝对定位精度可达2～3 cm,与GPS双频精密单点定位水平相当。      

Galileo/GPS精密单点定位收敛时间与定位精度的比较与分析

研究了Galileo PPP参数估计及其误差处理方法,并采用MGEX 1924和1925周的数据进行了试验分析。结果表明,Galileo系统的平均可见卫星数不到GPS的一半。卫星数为4颗左右时,定位收敛通常需要180个历元,而达到6颗时仅需要66个历元。可见卫星数的增加显著提升了Galileo的收敛速度,随着卫星数的进一步增多将会达到与GPS收敛速度相当的水平。Galileo的3 h静态PPP收敛后的定位偏差约是GPS PPP的2.5倍,达到4.75 cm。随观测时间的增加定位精度提升显著,其6、12、24 h的定位精度分别能达到2.38、1.51和1.26 cm;其中12和24 h的定位精度比GPS略低约0.40 cm,但二者水平方向的精度优于1 cm,高程方向的偏差比1 cm稍大。     

BDS精密单点定位残差分析

对北斗精密单点定位的观测残差进行了系统全面的分析;通过对一站多天、多站一天解的观测残差、天线相位中心偏差对观测残差的影响以及观测残差历元间的关系进行实验分析。结果表明,北斗GEO卫星的伪距和相位的无电离层组合观测残差存在着系统偏差,这一系统偏差与测站的观测环境无关;伪距的无电离层组合观测残差的系统偏差具有常数特性;相位的无电离层组合观测残差的系统偏差与天线相位中心偏差有关。     

低轨卫星增强BDS单频伪距单点定位

针对单频定位由于成本优势被广泛运用,却无法同时满足较高精度要求的问题,对低轨卫星增强单频定位精度的效果进行了探究。基于卫星工具包软件仿真北斗卫星导航系统与铱星系统观测数据,并结合误差建模实现高低轨卫星联合定位算法,分析不同纬度观测站的定位结果。结果表明,当可见卫星比例(LEO:总体)从5%上升到18%,定位精度改善比从48%提升到80%左右,呈现一定正相关性;误差标准差在U方向上均有大于50%以上减小,在E、N方向则出现大约10%的浮动,总体有改善的趋势。因此,低轨卫星的加入可以有效提高伪距单点定位精度。     

利用GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合PPP反演大气可降水量

为进一步改善精密单点定位（PPP）探测大气可降水量（PWV）的性能,本文提出采用GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合PPP进行PWV反演的方法,并利用国内3个MGEX（multi-GNSS experiment）观测站的实测数据,对GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合PPP在大气水汽探测方面的性能进行了评估。试验结果表明：相较于GPS PPP、GPS/BDS组合PPP和GPS/GLONASS组合PPP,GPS/BDS/GLONASS/Galileo组合PPP估计天顶对流层延迟（ZTD）的初始化时间分别缩短了33%、26%、20%,且能获得更高精度的ZTD估值和PWV信息,在大气水汽探测方面的性能更优。     

高纬度BDS/GPS PPP中的对流层延迟改正模型优选

由于高纬度地区气温气压值及变化率与中低纬度地区有较大差异,因此目前发布的多种对流层延迟模型在高纬度地区使用的精度会不同。为了给高纬度地区BDS/GPS用户提供更好的对流层延迟模型选择,文中采用UNB3,EGNOS和GPT2模型,以IGS发布的ZPD产品和SINEX文件作为参考,对比基于这三种对流层延迟模型计算的天顶对流层总延迟量以及精密单点定位精度,可知GPT2较UNB3和EGNOS在高纬度地区定位中有更好的精度表现。     

BDS/Galileo卫星轨道预报光压模型对比分析

为了研究轨道预报期间光压模型的影响,该文采用2017年8月1日至2017年11月30日的事后精密轨道产品,研究ECOM 5参数模型、ECOM 9参数模型和可校正Box-wing模型对BDS-IGSO/MEO卫星和Galileo卫星轨道预报的影响。预报轨道通过与事后精密轨道对比以及激光检核得到的残差来评价其精度。对于BDS-IGSO/MEO卫星,ECOM 5参数模型和ECOM 9参数模型结果基本一致,可校正Box-wing模型最差,但是在卫星径向精度上,ECOM 9参数模型要优于ECOM 5参数模型。对于Galileo卫星,ECOM 9参数模型要整体优于ECOM 5参数模型。     

GPS/Galileo/BDS系统测距信号精度分析与评价

随着Galileo、BDS的建设和GPS的发展完善,多系统多频融合的趋势促进了多模GNSS接收机产业化应用。利用零基线双差法对GPS/Galileo/BDS双频观测值进行测距信号精度评估,通过24h的观测数据分析,结果表明Galileo IOV卫星双频观测值残差值最小,测距信号精度最优,其次是BDS;Galileo与BDS系统载波相位观测精度均优于2mm,伪距观测精度优于0.2m,GPS系统测距信号精度相对较差。同时,通过对比Trimble NET R9、Septentrio POLARX4及Javad TRE_G3TH_8三种不同类型接收机间观测值残差及基线坐标偏差,得出NET R9和POLARX4接收机内部噪声水平相当,TRE_G3TH_8稍差的结论。     

Multi-GNSS phase delay estimation and PPP ambiguity resolution: GPS,BDS, GLONASS,Galileo

This paper focuses on the precise point positioning (PPP) ambiguity resolution (AR) using the observations acquired from four systems: GPS, BDS, GLONASS, and Galileo (GCRE). A GCRE four-system uncalibrated phase delay (UPD) estimation model and multi-GNSS undifferenced PPP AR method were developed in order to utilize the observations from all systems. For UPD estimation, the GCRE-combined PPP solutions of the globally distributed MGEX and IGS stations are performed to obtain four-system float ambiguities and then UPDs of GCRE satellites can be precisely estimated from these ambiguities. The quality of UPD products in terms of temporal stability and residual distributions is investigated for GPS, BDS, GLONASS, and Galileo satellites, respectively. The BDS satellite-induced code biases were corrected for GEO, IGSO, and MEO satellites before the UPD estimation. The UPD results of global and regional networks were also evaluated for Galileo and BDS, respectively. As a result of the frequency-division multiple-access strategy of GLONASS, the UPD estimation was performed using a network of homogeneous receivers including three commonly used GNSS receivers (TRIMBLE NETR9, JAVAD TRE_G3TH DELTA, and LEICA). Data recorded from 140 MGEX and IGS stations for a 30-day period in January in 2017 were used to validate the proposed GCRE UPD estimation and multi-GNSS dual-frequency PPP AR. Our results show that GCRE four-system PPP AR enables the fastest time to first fix (TTFF) solutions and the highest accuracy for all three coordinate components compared to the single and dual system. An average TTFF of 9.21 min with \(7{^{\circ }}\) cutoff elevation angle can be achieved for GCRE PPP AR, which is much shorter than that of GPS (18.07 min), GR (12.10 min), GE (15.36 min) and GC (13.21 min). With observations length of 10 min, the positioning accuracy of the GCRE fixed solution is 1.84, 1.11, and 1.53 cm, while the GPS-only result is 2.25, 1.29, and 9.73 cm for the east, north, and vertical components, respectively. When the cutoff elevation angle is increased to \(30{^{\circ }}\), the GPS-only PPP AR results are very unreliable, while 13.44 min of TTFF is still achievable for GCRE four-system solutions.     

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%。     

BDS-3/GPS/Galileo组合动态差分定位算法研究

为研究北斗三号系统新频点B1C、B2a的双频动态差分定位性能,该文提出一种基于B1C、B2a原始观测值的站间单差模糊度参数的求解方法和实时动态定位获得卡尔曼滤波参数的方法,从而实现北斗三号系统联合全球定位系统(GPS)、伽利略卫星导航系统(Galileo)的动态差分定位.对在北京房山地区采集的北斗卫星导航系统(BDS)...