基于神经网络的区域电离层模型及其在单频PPP中的应用

基于武汉市CORS系统的双频非差载波相位观测数据,利用改进的神经网络方法建立区域电离层模型,并通过单频GPS精密单点定位的计算实例来分析该模型的精度。计算实例表明,当基准站间的距离小于100km时,基于神经网络的区域电离层模型的平均外符合精度为0．03m,对于时段长度为4h的单频PPP静态时段解可以达到厘米级的定位精度。     

不同电离层改正模型的SF-PPP定位精度分析

电离层延迟可严重制约单频接收机的定位精度.基于此,本文介绍了四种单频接收机常用的电离层延迟改正方法,包括广播电离层改正模型(策略1),顾及太阳位置的变化全球电离层格网产品(Global Ionosphere Map, GIM)时间旋转内插(策略2), GIM投影函数改正(策略3)和半合改正模型(策略4).同时,选择不同太阳活动期,不同纬度的测站验证不同电离层改正方法的单频精密单点定位(single-frequency point positioning,SF-PPP)定位结果偏差.经过对比分析,得到如下结论：1)总体来说,半合改正模型得到的定位效果最佳,其次是使用GIM产品对电离层延迟进行改正,最后是广播电离层模型;2)在不同太阳活动跃期,不同策略在低纬度测站的定位偏差最大,其次是高纬度测站,中纬度测站的定位偏差最小;3)策略2和策略3在不同太阳活动期不同纬度测站的水平定位平差约0.150 m,三维定位偏差约0.700 m;策略4在不同太阳活动期不同纬度测站的水平定位偏差为0.100 m,三维定位偏差为0.500 m.     

一种新的区域对流层拟合模型及其在PPP中的应用

在分析常用的四参数曲面模型等区域对流层延迟模型的基础上,提出了一种新的基于多面函数的对流层拟合模型,并利用自编软件分析了各模型的拟合效果。将对流层拟合模型应用于改进的PPP定位算法,结果表明,所提方法能有效地提高初始历元的解算精度,收敛后定位结果与采用随机游走估计对流层湿延迟方法的结果精度相当。该方法可在一两个历元中使PPP收敛至dm级,但是对PPP收敛至cm级的效率提高并不明显。     

单频GPS接收机定位中的电离层延迟改正

针对单频GPS接收机受电离层影响较大的特点，从定性的角度比较、分析了两种常用经验电离层模型的使用特点和改正精度。利用4个IGS测站的多天GPS实测数据，采用单点定位的方法，从定量的角度，研究了两种常用经验电离层模型应用于单频GPS用户定位时的改正效果，为单频GPS用户修正电离层延迟，选择合适的电离层模型提供了参考性建议。     

GNSS接收机DCB短期时变特征分析和估计方法

提出一种使用非差非组合精密单点定位(PPP)估计和分析接收机DCB短时时变特征的方法。首先利用非差非组合PPP得到包含接收机DCB的重构电离层参数估值;然后通过IGS电离层GIMs格网模型内插剥离各历元站星斜向电离层距离延迟;最后通过最小二乘约束得到各历元接收机DCB解。由于格网本身精度(2~8 TECU)和插值精度限制,解算出来的接收机DCB并不能真实反映其短期时变特征。为此,提出利用站间单差或者历元间差分的方法还原其真实的变化态势。实验结果表明,所提出的方法能够正确估计接收机DCB,并能真实还原其短期时变特征,具有良好的适用性。     

顾及电离层改正精度信息的高精度单频单点定位方法研究

提出了将电离层改正量作为虚拟观测值,参数估计随机模型顾及电离层改正量先验信息的高精度单频单点定位新方法,并推导出该方法的数学模型。实测数据解算定位结果表明,新方法能够实现中国高、中、低纬区域的无初始化高精度单频单点定位,其平面精度为0.1~0.2 m,高程精度为0.3~0.5 m。     

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。     

基于PPP技术估计的接收机P1-P2码偏差研究

提出了基于PPP技术估计接收机P1-P2码偏差的方法,并对全球分布IGS跟踪站的P1-P2码偏差进行了估计。结果表明,这种方法获取的P1-P2码偏差精度在中高纬度地区优于1dm,在低纬度地区为1～2dm。     

联合高度角与信噪比的精化随机模型及其对高纬度精密单点定位的影响

利用主成分分析法(PCA)确定了观测噪声中高度角和信噪比(SNR)的贡献,在此基础上建立了精化的全球卫星导航系统(GNSS)随机模型,并验证了基于此随机模型的高纬度测站精密单点定位(PPP)效果.结果表明:在高纬度地区精化随机模型相比于仅顾及高度角或SNR的传统随机模型效果更佳,定位精度较高度角模型提高约30％,较SN...     

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%。     

北斗单频PPP车道级试验结果分析

精密单点定位技术(Precise Point Positioning,PPP)被广泛应用于高精度导航与位置服务、大地测量、低轨卫星精密定轨、航空摄影测量、GPS地震学等领域.随着我国北斗系统(BDS)的完全部署,其为GNSS系统发展带来了新的机遇和挑战.对GPS、GLONASS的PPP静态、动态事后解算研究已经比较成熟,但实时北斗PPP还处于研究发展阶段,实时北斗PPP的应用场景还不多,针对这一问题,本文旨在对单频北斗实时PPP进行研究.基于BDS系统,本文建立了单频北斗PPP模型,并基于车载动态测试实验,验证本文提出模型的正确性,并得出北斗单频PPP可以实现车道级定位,为北斗的实时应用推广做出一定的探索.     

顾及卫星钟差插值误差的GPS精密单点定位观测值随机模型

针对GPS精密单点定位中观测值随机模型中没有考虑卫星钟差插值误差,提出了一种顾及卫星钟差插值误差的观测值随机模型。实验结果表明,对于精密单点定位中使用的卫星钟差节点时间间隔较大的产品(如5 min),考虑钟差插值误差的观测值随机模型能够显著地削弱卫星钟差插值引起的误差,而对于使用卫星钟差节点时间间隔较小的产品(如30 s),效果就不明显,符合GPS卫星钟差插值误差的特性。     

利用接收机钟差建模提升PPP收敛速度及精度

提出了一种利用接收机钟差建模提升精密单点定位PPP收敛速度及精度的方法。传统PPP模型中通常将接收机钟差与位置同时作为参数逐历元估计。这种处理方法带来了两种参数之间的高度相关性,从而限制了PPP收敛速度及精度。利用Kalman滤波对接收机钟差进行建模,实验结果表明该方法建立的钟差模型更为准确,并降低了钟差与位置参数的相关性,PPP收敛速度加快了约67%;北方向和东方向精度分别提高了18%和22%,天顶方向精度提高了43%。     

利用改进的动态PPP技术建立中国香港区域海潮负荷位移模型

利用GPS技术反演海潮负荷信息,相比传统重力及甚长基线干涉测量,有着全球覆盖、测站数多、全天候、成本低等诸多优势,为海潮模型的建立提供了有效的技术手段,也对海潮负荷效应的研究有着重要的理论意义和参考价值。利用动态精密单点定位技术（precise point positioning,PPP）反演海潮负荷位移,同时构建了区域海潮负荷位移模型。利用香港连续运行参考站8 a的GPS观测数据,精密测定了11个测站的三维海潮负荷位移参数,与高精度海潮模型提供的海潮负荷位移参数进行比较,发现除K₂、K₁潮波外,其他潮波的均方根误差均小于2 mm。与已有的动态PPP及静态PPP结果对比发现,采用改进的重叠时段动态PPP算法可有效改善K₁潮波的反演精度;该方法反演的海潮负荷位移精度可达到静态PPP反演海潮负荷位移的精度,且对于K₁潮波,在东西方向,动态PPP算法的反演精度较静态PPP略有改善。利用最小二乘曲面拟合法可有效建立中国香港地区GPS区域海潮负荷位移模型,可有效弥补沿海地区因验潮站稀少而导致的海潮模型适应性差的问题。     

山东区域电离层模型的建立及精度评估

针对电离层延迟改正对单频接收机用户带来误差较大的问题,该文基于球谐函数借助山东区域CORS双频观测数据建立山东区域电离层模型,并对硬件延迟偏差(DCB)和电子含量进行可靠性、稳定性分析,进一步使用单频精密单点定位(PPP)验证山东区域电离层模型的有效性。实验结果表明:测站DCB解算精度稳定在0.4ns内,解算卫星DCB与欧洲定轨中心(CODE)的偏差总体稳定在0.5ns内,区域电离层模型与CODE解算VTEC差值的均方根为1.22TECU,STD为0.93TECU,对山东区域单频PPP而言,山东区域电离层模型比CODE发布全球电离层模型在N、E、U方向精度明显提高。同时,建立的山东区域电离层模型从时间分辨率、空间分辨率上均优于CODE中心发布全球电离层模型。     

非差非组合PPP的广域星间单差天顶电离层模型及其验证

高精度电离层修正是非差非组合精密单点定位(precise point positioning,PPP)加速收敛的重要前提.首先基于参考站网台站观测数据,以非差非组合精密单点定位提取的电离层延迟作为建模数据源,提出一种基于多项式模型的估计天顶电离层延迟参数以及卫星硬件延迟的单差电离层模型.然后开发了服务端和用户端相应软件...     

一种利用动态参考网实现单频接收机精密单点定位的新方法

对历元差分电离层模型（SEID）进行了改进,给出了在地面处建模与在所假定电离层薄层处建模差异量的精确计算公式,发现了可利用多个双频动态参考站（动态参考网）进行建模这一实用特性,并以此提出了一套基于动态参考网的单频接收机精密单点定位数据处理方法。实验结果表明,即使对于电离层活跃性较强且范围为100 km×100 km的测区,利用3个以上双频动态参考站的观测数据,便能为测区内单频接收机用户提供平面方向精度优于5 cm的动态精密单点定位服务。     

基于相对电离层延迟模型的单频GPS精密单点定位算法研究

分析了单频GPS精密单点定位的特点,提出了先在卫星间求差,再在相邻历元间求差的单频GPS动态定位数学模型,实现了定位坐标的非线性参数估计求解方法。为了降低电离层延迟残差对单频PPP的影响,研究建立了一种相对电离层延迟模型,并基于神经网络理论,实现了相应的算法,通过计算实例进行了精度分析。     

多模数据融合的单频RTK算法研究与软件实现

收敛速度慢一直是限制精密单点定位（precise point positioning, PPP）发展的重要因素。研究表明,通过高精度电离层延迟改正,进而实现精密单点定位实时动态（PPP-real time kinematic,PPP-RTK）,可显著提升PPP的收敛速度。目前区域PPP-RTK中电离层主要采用单星多项式电离层模型（satellite-based ionospheric model with polynomial function,SIM_POLY）与单星电离层延迟反距离内插模型（satellite-based ionospheric model with inverse distance weight function,SIM_IDW）进行建模。为了检验上述两种模型在不同纬度的建模精度,对中国广东、湖北及河北3个省上空电离层延迟进行建模,并将其应用于单/双系统、浮点解及固定解中,分析其定位性能。实验结果表明,在低纬度区域,SIM_IDW模型表现略优于SIM_POLY模型,中高纬度区域则并无显著差异。浮点解PPP中,将SIM_IDW模型及SIM_POLY模型改正下的结果与无电离层组合PPP（ionosphere-free combination PPP, IFPPP）及欧洲定轨中心（Centre for Orbit Determination in Europe,CODE）的全球电离层格网（global ionospheric map,GIM）改正下的非差非组合结果进行比较,发现区域电离层模型改正下的PPP定位效果更好;与湖北省及广东省定位结果相比,河北省数据收敛速度最快,单GPS解算模式下采用SIM_IDW及SIM_POLY模型改正下的定位精度相较于IFPPP分别提升了43.7%和43.0%。固定解PPP中,河北省GPS+北斗解算模式下SIM_IDW、SIM_POLY模型改正下的PPP-RTK首个历元模糊度固定成功率分别可达86.09%和89.13%,且水平方向定位精度首个历元收敛至5 cm,高程方向定位精度1.5 min内收敛至10 cm;定位精度方面,在引入北斗系统之后,双系统PPP-RTK相较于单GPS有明显提升,河北省GPS+北斗解算模式下SIM_IDW、SIM_POLY模型改正下的PPP-RTK水平及三维定位精度分别为1.3 cm和3.5 cm。通过SIM_IDW及SIM_POLY模型建立区域电离层模型进而实现PPP-RTK,可以显著缩短PPP收敛时间,提高定位精度。