基于IGSRTS的实时精密单点定位

GPS/Galileo非差非组合实时精密单点定位快速收敛与模糊度固定实时精密单点定位(Real-time Precise Point positioning,简称RT PPP)技术因其精确性与可用性等优势,已成为国内外科研机构与学者的研究热点。

与相对定位不同,PPP无需高密度的架设基准站,利用单台接收机即可获得全球范围内高精度的测站坐标、接收机钟差和大气延迟等多种信息,因此已被广泛应用于精密定位、授时、大气监测等相关地球科学领域中。

传统双频无电离层组合PPP消除了一阶电离层对定位的影响,但由于线性组合减少了观测方程数量且放大了观测值噪声,这将对定位的可靠性与精确性带来一定的不利影响。

然而非差非组合PPP直接利用GNSS的原始观测值,不做任何线性组合,提供了更丰富的测量信息,提高了平差方程的冗余度,并保留了电离层信息,更加适用于未来多频多系统PPP的发展趋势。

国内外许多学者对GNSS非差非组合PPP的定位模型展开了较为系统的深入的研究,但现阶段实时PPP的滤波收敛时间依然长达30分钟或以上,其收敛时间与当前网络RTK(Real-time Kinematic)相比还有一段较长距离,这也是限制实时PPP在某些工程方面应用的主要原因。

在实时PPP模糊度固定解方面,目前CNES 分析中心的CLK 9X挂载点实时播发多频非组合相位小数偏差产品,但现有的国内外文献却很少有对该产品进行清晰的描述,尚未有学者对该产品进行系统性的分析,对该产品应用于三频实时PPP模糊度固定的研究还非常有限。

因此随着实时PPP技术的不断发展,滤波的快速收敛以及多频多系统非差模糊度固定问题仍然是当前研究的一个难题。

针对上述需求和问题,本论文旨在:对GPS/Galileo实时PPP定位理论进行深入地研究,系统地介绍定位的主要误差来源及其处理方法,比较并分析单系统、多系统双频非差非组合PPP浮点解的定位性能。

围绕GPS/Galileo PPP的滤波快速收敛方面,阐述了附加电离层约束的单频、双频实时PPP的数学模型,提出了一种精密确定电离层约束方差的方法,加快滤波收敛速度并提高收敛后定位的可靠性。

基于RTKLIB的精密单点定位及结果分析潘军道;韦照川;杨柯【摘要】本文基于RTKLIB现有的框架,对精密单点定位中的主要误差模型进行分析,通过调用其误差改正模型算法,实现了精密单点定位解算;对定位误差分析表明,X、Y、Z三个方向均在80个历元内误差达到0.1m,而且逐步减小趋于稳定.定位误差在180个历元达到7 cm.【期刊名称】《全球定位系统》【年(卷),期】2017(042)001【总页数】5页(P95-99)【关键词】RTKLIB;精密单点定位;定位误差分析【作者】潘军道;韦照川;杨柯【作者单位】桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】P228.4RTKLIB由日本东京海洋大学的高须知二开发的开源程序包,由程序库和多个应用程序工具库组成,支持多个GNSS系统的标准和定位算法。

精密单点定位(PPP),是由美国JPL实验室在1997年提出的,单台接收机在全球范围内静态或动态独立作业,利用IGS发布的精密轨道和钟差产品,采用严密的观测方程,其定位精度可达亚米级甚至厘米级,PPP不受作业距离的影响和限制,作业效率相对其他定位方式要高。

JPL实验室开发的GIPSY软件进行24 h连续的观测实验,静态定位精度优于10 cm;事后单历元动态定位精度可达0.2～0.4 m.随着IGS提供的精密星历逐步向实时化推进,精密单点定位技术已成为精密定位领域的热点问题,在实际工程应用上有很大的需求。

PPP需要有精密的定位模型,对各类误差进行精确地误差修正,复杂度较大。

在精密单点定位中单使用伪距定位的精度是不够的,因此必须引入比伪距观测量精度更高的载波观测量。

本文在现有RTKLIB的基础上应用一定的解算策略,编写自己的算法实现了精密单点定位并对解算结果进行分析，得出一些有益结论。

基于单频GPS精密单点定位算法研究
GPS（全球定位系统）是一种使用卫星信号来确定地球上位置的技术。

单频GPS是指使用单一频率来接收卫星信号，并进行精密单点定位的方法。

本文将围绕单频GPS精密单点定位算法展开研究。

单频GPS定位算法的核心思想是通过接收卫星发射的导航信号，并利
用卫星时钟和接收器时钟的差异，计算出接收器的位置信息。

这种定位方
法在农业、测绘、航空、海洋等众多领域具有广泛的应用。

其次是观测数据处理方法。

单频GPS接收器会收集到卫星的导航信号，并将其转化为接收器时钟的测量值。

通过计算卫星位置和接收器位置之间
的差异，并考虑误差修正项，可以得到接收器的精确位置。

接着是精密单点定位算法的实现。

常用的算法有最小二乘法、迭代法
和Kalman滤波算法等。

最小二乘法是通过最小化观测值和估计值之间的
误差平方和，来求解位置解的方法。

迭代法则是通过多次迭代计算，不断
优化解的精度。

Kalman滤波算法通过对系统动力学和观测模型的建模，
实现对位置解的优化。

此外，还需要考虑数据处理的时间效率和计算资源的要求。

由于单频GPS定位算法需要处理大量的观测数据，并进行复杂的计算，因此需要高
效的算法和硬件支持。

最后需要考虑定位算法的精度评估和验证方法。

通过与其他定位方法
进行对比，比如双频GPS定位算法或者综合导航系统，可以评估单频GPS
定位算法的精度和可靠性。

中国空间科学技术F e b ２５㊀２０２１㊀V o l ４１㊀N o １㊀２９Ｇ３７C h i n e s eS p a c eS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yI S S N １０００Ｇ７５８X ㊀C N １１Ｇ１８５９/V h t t p :ʊz g k jc a s t c n D O I :１０ １６７０８/jc n k i １０００Ｇ７５８X ２０２１ ０００４应用i G M A S 超快速星历的实时精密单点定位研究徐伟证１,康国华１,∗,彭攀２,周宏涛１,刘宗强１,赵腾１１．南京航空航天大学航天学院,南京２１００１６２．上海卫星工程研究所,上海２０１１０９摘㊀要:中国主导建设的国际G N S S 监测评估系统(i GMA S )相比国际上比较成熟的I G S 系统在产品精度等方面存在差别,目前实时精密单点定位应用多采用I G S 实时㊁近实时产品.为改变这一现状,针对i GMA S 产品特性以及实时精密单点定位对超快速精密星历的需求,对i GMA S 超快速星历的精度和稳定性方面进行评估,设计了i GMA S 产品实时/事后下载应用程序,开展了基于i GMA S 超快速星历的实时精密单点定位研究,并结合N o v A t e lO E M ６１７双频接收机进行了G P S 实时精密单点定位试验.实验结果表明,在连续观测２３m i n 后定位误差即可收敛到分米级,较接收机原始定位精度高一个量级,且稳定性好,最终在E /N /U 方向定位误差均方根分别为７．２c m ㊁６．４c m ㊁１５．２c m ,与应用I G S 超快速星历实时P P P 试验取得相近的结果.研究实现了i GMA S 数据获取㊁评估和实时P P P 应用的一整套方案,验证了i GMA S 超快速产品的性能,对推进i GMA S 产品的应用提供了借鉴.关键词:i GMA S ;超快速星历;实时下载;精度和稳定性;实时精密单点定位中图分类号:P ２２８㊀㊀㊀㊀文献标识码:A收稿日期:２０２０Ｇ０４Ｇ１３;修回日期:２０２０Ｇ０５Ｇ０９;录用日期:２０２０Ｇ０５Ｇ１９;网络出版时间:２０２０Ｇ０６Ｇ１８㊀１５:３２基金项目:上海航天科技创新基金(S A S T ２０１８Ｇ０４７);空间智能控制技术重点实验室开放基金(K G J Z D S Y S Ｇ２０１８Ｇ０７)∗通信作者．E Ｇm a i l :k a n g gh ＠n u a a ．e d u ．c n 引用格式:徐伟证,康国华,彭攀,等．应用i GMA S 超快速星历的实时精密单点定位研究[J ]．中国空间科学技术,２０２１,４１(１):２９Ｇ３７．X U W Z ,K A N G G H ,P E N GP ,e t a l ．R e s e a r c ho nr e a l Ｇt i m e p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g w i t h i GMA Su l t r a Ｇf a s t e ph e m e r i s [J ]．C h i n e s e S p a c eS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,２０２１,４１(１):２９Ｇ３７(i nC h i n e s e )．R e s e a r c ho n r e a l Ｇt i m e p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g wi t h i G M A S u l t r a Ｇf a s t e ph e m e r i s X U W e i z h e n g １,K A N GG u o h u a １,∗,P E N GP a n ２,Z H O U H o n g t a o １,L I UZ o n g q i a n g １,Z H A OT e n g１１．S c h o o l o fA s t r o n a u t i c s ,N a n j i n g U n i v e r s i t y o fA e r o n a u t i c s a n dA s t r o n a u t i c s ,N a n j i n g ２１００１６,C h i n a ２．S h a n g h a i I n s t i t u t e o f S a t e l l i t eE n g i n e e r i n g ,S h a n gh a i２０１１０９,C h i n a A b s t r a c t :T h eC h i n a Ｇl e d I n t e r n a t i o n a lG N S SM o n i t o r i n g &A s s e s s m e n t S y s t e m (i GMA S )d i f f e r s f r o mt h e I G S s ys t e m (i n t e r n a t i o n a lG N S Ss e r v i c e ,I G S )i n p r o d u c ta c c u r a c y ．R e a l Ｇt i m e p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g (P P P )a p pl i c a t i o n sa r e m o s t l y b a s e do n I G Sr e a l Ｇt i m ea n dn e a r r e a l Ｇt i m e p r o d u c t s ．T o i m pr o v e t h i ss i t u a t i o n ,w ea i m e da t i GMA S p r o d u c t c h a r a c t e r i s t i c s a n dt h ed e m a n df o ru l t r a Ｇf a s t p r o d u c t s w i t hr e a l Ｇt i m eP P P ,e v a l u a t e dt h ea c c u r a c y a n ds t a b i l i t y of i GMA Su l t r a Ｇf a s t e p h e m e r i s ,d e s ig n e da n i GMA S p r o d u c t r e a l Ｇt i m e /p o s t Ｇe v e n t d o w n l o a da p p l i c a t i o n ,a n dc a r r i e do u t r e a l Ｇt i m e p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g r e s e a r c hb a s e do ni GMA Su l t r a Ｇf a s te ph e m e ri st h r o u g hc o m b i n i n g w i t h N o v A t e l O E M ６１７d u a l Ｇf r e q u e n c y r e c e i v e r ．T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w t h a tt h e p o s i t i o n i n g e r r o rc a n c o n v e r get ot h e d e c i m e t e r l e v e l a f t e r ２３m i n u t e s ,w h i c h i sa no r d e ro fm a g n i t u d eh i g h e r t h a nt h eo r i g i n a l p o s i t i o n i n g a c c u r a c y of t h e r e c e i v e r a n dh a sg o o d s t a b i l i t y ．Th e r o o tm e a n s q u a r e e r r o r o f t h e p o si t i o n i n g e r r o r i n t h eE /N /Ud i r e c t i o n i s ７．２c m ,６．４c m ,１５．２c m ,s i m i l a r t o I G Su l t r a Ｇf a s t e p h e m e r i s i nr e a l Ｇt i m eP P Pe x p e r i m e n t ．T h i s s t u d y i m p l e m e n t s a c o m pl e t e３０㊀中国空间科学技术F e b ２５㊀２０２１㊀V o l ４１㊀N o １s o l u t i o n f o r i GMA Sd a t a a c q u i s i t i o n,e v a l u a t i o n,a n d r e a lＧt i m eP P Pa p p l i c a t i o n s,v e r i f i e s p e r f o r m a n c e o f i GMA Su l t r aＧf a s t p r o d u c t s a n d p r o v i d e s r e f e r e n c e f o r t h e a p p l i c a t i o no f i GMA S p r o d u c t s．K e y w o r d s:i GMA S;u l t r aＧf a s t e p h e m e r i s;d o w n l o a d i n r e a l t i m e;a c c u r a c y a n d s t a b i l i t y;r e a lＧt i m e p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g为了进一步推动多模G N S S系统兼容和互操作,中国从２０１２年启动国际G N S S监测评估系统(I n t e r n a t i o n a l G N S S M o n i t o r i n g& A s s e s s m e n tS y s t e m,i GMA S)建设.i GMA S 旨在建立我国自主的B D S㊁G P S㊁G L O N A S S和G a l i l e o导航卫星全弧段㊁多重覆盖的全球近实时跟踪网,监控G N S S导航卫星的运行状况㊁信号质量和服务性能[１Ｇ２].i GMA S能够向全球用户提供精密星历㊁钟差㊁地球定向参数等产品,为卫星导航技术试验提供支持,服务于科学研究以及各类应用,包括精密单点定位(P r e c i o u sP o i n t P o s i t i o n i n g,P P P)技术[３].相对于事后处理的精密单点定位,实时精准定位才能满足５G㊁物联网和无人驾驶等技术发展的需求,其中高质量精密星历㊁钟差改正产品的实时获取和应用是难点之一[４].目前国际上开展实时P P P应用主要基于I G S实时㊁近实时产品,包括I G S实时定位服务(r e a lＧt i m es e r v i c e)㊁I G D G (I n t e r n e tＧB a s e d G l o b a lD i f f e r e n t i a lG P S)实时产品和B N C(B K G N t r i p C l i e n t)软件等,以及西班牙GMV公司㊁T r i m b l e公司等推出的商业实时P P P服务[５Ｇ７].与国际上比较成熟的I G S系统相比,我国主导的i GMA S建设周期短,跟踪站㊁分析中心和数据中心数量相对较少,因此i GMA S产品(特别是超快速产品)的实际应用仍需进一步发展.目前,国内外应用i GMA S超快速产品开展的实时精密单点定位研究,主要依靠跟踪站的观测数据模拟实时P P P解算[６,８,９],未能解决i GMA S超快速数据的实时获取和普遍实用问题.针对i GMA S产品的应用推广和实时P P P 对超快速精密数据的需求,本文对i GMA S超快速星历产品精度和稳定性进行分析,并通过高精度的I G S最终产品进行评估.本文以评估结果作为依据选择精密改正数,设计了i GMA SＧD o w n l o a d实时下载程序和实时P P P算法,通过N o v A t e l双频接收机验证了其在实时P P P中的性能,为i GMA S产品的应用提供借鉴思路.１㊀i GMA S超快速星历质量分析１．１㊀超快速星历精度分析i GMA S和I G S卫星精密轨道均包括三种不同精度和时延的数据,即超快速㊁快速和最终产品.其中超快速产品包含２４h观测数据和２４h预测数据,更新频率为６h,分别于当日０３㊁０９㊁１５㊁２１时左右发布,虽然存在约３h滞后时间,但基本可以满足实时定位的需求[１０].I G S已经在全球建立５０７个跟踪站,建有充足的分析中心㊁全球关联分析中心㊁区域关联分析中心及分析中心协调组织来协同处理数据,其最终产品轨道精度约２．５c m,钟差精度约０．０７５n s[４,８].本文以精度较高的I G S MG E X (T h e M u l t iＧG N S SE x p e r i m e n t)最终产品为参考标准,结合实时精密单点定位需求,选取i GMA S和I G S系统在２０１９年７月７日至１３日(北斗周０７０５)的精密星历数据,计算一周时间内i GMA S超快速星历相对I G S最终产品参考真值的均方根误差(R o o tM e a nS q u a r e,R M S),评估其数据的精度和稳定性.其中I G S最终产品从C D D I S(T h e C r u s t a l D y n a m i c s D a t a I n f o r m a t i o nS y s t e m)获取,i GMA S超快速产品从武汉数据中心获取[１１,１２].i GMA S超快速轨道㊁钟差产品和I G S最终产品采样间隔均为１５m i n,但I G S产品采用G P S时间系统(G P S T),i GMA S产品采用B D S 时间系统(B D T),进行质量评估需进行时间基准的协调.本研究在精密轨道和钟差计算时以G P S T作为时间基准,B D T与G P S T的转换关系为[１３]:G P S T＝B D T＋１４＋τU T C(U S U N)－U T C(N T S C)(１)其中τU T C(U S U N)－U T C(N T S C)表示G P S时和北斗时维徐伟证,等:应用i G M A S 超快速星历的实时精密单点定位研究３１㊀持的协调世界时之间的微小量差值.从精度㊁阶数和历元间隔三方面衡量,９阶拟合多项式求解G P S 卫星坐标可达毫米级精度,且效果最好[１４].因此本文采用９阶切比雪夫多项式拟合来计算轨道数据,选取北斗周０７０５期间内i GMA S 超快速星历与I G S 最终星历.本文计算i GMA S 超快速轨道与I G S 最终轨道R M S 差值,计算方式如下式所示[１５]:R M S x ,y ,z ＝１M e po c h ðM e po c h i ＝１(P o s i G MA S x ,y ,z (i )－P o s I G S x ,y ,z (i ))２R M S c l k ＝１M e po c h ðM e po c h i ＝１(C l k i G MA S x ,y ,z (i )－C l k I G S x ,y ,z (i ))２式中:P o s i G MA S x ,y ,z ㊁C l k i G MA Sx ,y ,z 分别表示插值后i GMA S 超快速星历卫星坐标㊁钟差;P o s I G Sx ,y ,z ㊁C l k I G Sx ,y ,z 表示I G S 最终星历表示的卫星坐标㊁钟差;M e po c h 表示一周时间内的总历元数.分别对i GMA S 超快速星历和I G S 最终星历合对G P S ㊁G L O N A S S ㊁B D S 和G a l i l e o 系统在北斗周０７０５期间的轨道数据,各颗卫星轨道误差R M S 和系统整体误差结果如图１所示.１)G P S /G L O N A S S /G a l i l e o /B D S (M E O/I G S O )/B D S (G E O )和系统在北斗周０７０５期间,系统轨道误差均值分别为５．７c m ㊁９．８c m ㊁１４．２c m ㊁１８．０c m ㊁３９３．７c m ;B D S (G E O )卫星相对地面站空间几何构型较差,参数相关性强而很难精确求解,故精度较低.２)由图１(a )~(e )可见,各系统卫星的轨道误差R M S 分布较为均匀,系统轨道精度依次是G P S ㊁G L O N A S S ㊁G a l i l e o ㊁B D S (M E O /I G S O )㊁B D S (G E O );G P S 卫星轨道精度稳定在厘米级,且误差R M S 更为集中,主要得益于目前I G S 地面跟踪站较多,更为丰富的观测数据有助于减小随机误差.３)由图１(b )(e )可知,i GMA S 数据目前提供的北斗卫星精密数据远少于实际在轨北斗卫星数,且系统间卫星轨道精度较为离散.主要原因是北斗导航系统近两年卫星部署较多,在轨调试需要时间,而i GMA S 跟踪站数量少且分布集中,对北斗导航系统的监测质量和完善仍有待提升.图１㊀i GMA S 超快速星历与I G S 星历各系统轨道差值F i g ．１㊀F o u r n a v i g a t i o n s y s t e m s o r b i t e r r o r b e t w e e n i GMA Su l t r a Ｇf a s t e ph e m e r i s a n d I G S f i n a l p r o d u c t３２㊀中国空间科学技术F e b ２５㊀２０２１㊀V o l ４１㊀N o １通过对四大导航系统i GMA S 超快速星历的评估,可见G P S 卫星星历精度在厘米级.卫星钟差同样是影响实时精密单点定位的重要因素,因此本文针对G P S 系统的卫星轨道和钟差做了进一步误差分析,各颗卫星在E C E F 坐标系下X ㊁Y ㊁Z 和３D 方向误差如图２所示,各颗卫星和系统均值的钟差如图３所示.在评估周期内,各颗卫星的X ㊁Y ㊁Z 方向的轨道误差R M S 均在２．０~５．５c m 范围内,且Z 方向轨道误差略优于X ㊁Y 方向,各颗卫星３D 误差均值为５．７８c m .各颗G P S 卫星的钟差集中在２．９４~３．１n s 区间内,系统均值优于３n s ,需要基于超快速轨道对钟差进一步估计才能满足厘米级定位需求.图２㊀i GMA S 超快速与I G S 最终产品G P S 卫星差值R M SF i g．２㊀G P So r b i t e r r o r b e t w e e n i GMA S U l t r a Ｇf a s t a n d I G S f i n a l pr o d u ct 图３㊀i GMA S 超快速与I G S 最终产品的G P S 卫星钟差F i g．３㊀G P Ss a t e l l i t e c l o c ke r r o r b e t w e e n i GMA S U l t r a Ｇf a s t a n d I G S f i n a l pr o d u c t １．２㊀超快速星历稳定性分析实时P P P 应用性能与精密星历的稳定性紧密相关.本文主要从系统轨道精度在一定周期内的变化趋势,以及超快速星历观测和预报部分的精度变化趋势来评估其数据稳定性.在北斗周０７０５期间四大导航系统每天卫星及星座轨道误差R M S ,在拟合期间变化趋势如图４所示,图５表示G P S 卫星轨道变化.１)由图４可见在拟合周期内G P S 星座系统稳定性最优,轨道整体误差和仿真周期内波动均相对最小;G L O N A S S 稳定性次之,存在小范围波动,应与当日观测数据质量有关;B D S (M E O/I G S O )以及G a l i l e o 导航系统相对波动较大.２)由图４可见在拟合周期内,G P S ㊁G L O N A S S 和G a l i l e o 系统不同卫星的轨道误差R M S 变化趋势相同,轨道误差同步增大或减小;B D S (M E O /I G S O )存在系统间定轨精度离散性相对较大的情况,更说明i GMA S 需要建设全球分布监测站或低轨星基监测站,以提升北斗导航系统整体稳定性.３)由图５可见G P S 卫星在拟合周期内,所有卫星的轨道误差范围均在３．４~８．２c m ,不同卫星在同一天的轨道误差差别较小,误差范围集中且系统整体定轨精度高;G P S 系统有完善的全球分布的跟踪站,可以实现卫星的全弧段多重覆盖.图４㊀四系统轨道误差在拟合周期内的变化趋势F i g．４㊀G P S ㊁G L O N A S S ㊁B D S (M E O /I G S O )㊁G a l i l e oo r b i t e r r or图５㊀i GMA S 超快速轨道相对I G S 最终轨道差值变化F i g ．５O r b i t d i f f e r e n c e c h a n ge sb e t w e e n i GMA Su l t r af a s t o r b i t a n d I G S f i n a l pr o d u c t (G P S )i GMA S 超快速星历在一周拟合周期内G P S 系统定轨精度在厘米级且最稳定,目前依徐伟证,等:应用i G M A S 超快速星历的实时精密单点定位研究３３㊀靠i GMA S 超快速星历开展实时精密单点定位试验可优先选取G P S 卫星观测值参与定位解算,卫星数量不足的情况下,可以用G L O N A S S 系统联立组合精密单点定位.i GMA S 超快速星历观测和预测部分相对I G S 最终产品的误差分别如图６(a )(b )所示.在拟合周期内,观测部分星历相对精度高且稳定,除个别卫星外,X ㊁Y ㊁Z 方向误差大致在ʃ６c m 范围内.预测部分的轨道误差相对较大,部分卫星超过１０c m 范围,且随预测时间越长轨道精度越低,因此实时P P P 试验需要实时获取最新的i GMA S 超快速星历,以实现最优精度的卫星端误差消除.图６㊀i GMA S 超快速星历观测㊁预测部分与I G S最终精密星历差值变化F i g ．６㊀E r r o r c h a n g e o f i GMA Su l t r a Ｇf a s t e ph e m e r i s o b s e r v a t i o n ,p r e d i c t i o n p a r t a n d I G S f i n a l e ph e m e r i s ２㊀基于i GMA S 产品的实时P P P 定位２．１㊀实时P P P 定位方案设计i G M A S 超快速星历的评估结果分析表明,目前G P S 卫星精度最高且稳定性好,G L O N A S S 次之,B D S (M E O /I G S O )和G a l i l e o 系统均存在一定范围的波动,B D S (M E O /I G S O )各颗卫星定轨精度较为离散.i G M A S 超快速星历观测部分精度和稳定性优于预测部份,且随预测时间越长精度越低,选取最近的超快速星历有助于降低卫星轨道和时钟误差.因此,本文设计i G A M S 产品实时/事后下载软件i G M A S ＧD o w n l o a d ,实时获取最新的超快速星历,采用N o v A t e l 双频接收机获取G P S 卫星观测数据开展实时精密单点定位应用研究,以验证i G M A S 超快速星历在P P P 试验中的实用性能.本研究采用的实时P P P 定位验证方案如图７所示,通过自主设计的i GMA S ＧD o w n l o a d 应用程序联网实时获取最新的i GMA S 超快速星历㊁钟差.N o v A t e lO E M ６１７接收机双频伪距㊁载波相位观测数据㊁广播星历和原始定位结果,实时经串口转U S B 通道输入到计算机中,计算机进行观测数据预处理㊁精密数据拟合以及实时P P P 算法,实时输出P P P 定位结果.最后以北斗伴侣M ２R T K 固定解为参考真值,结合接收机原始定位结果和实时P P P 定位结果进行多通道定位结果的误差对比分析,从而验证i GMA S超快速星历在实时P P P 应用中的性能和可用性.图７㊀实时P P P 技术方案设计F i g ．７㊀R e a l Ｇt i m eP P Pt e c h n o l o g y so l u t i o n ２．２㊀i GMA S 数据实时获取和应用i GMA S 已建成长沙㊁武汉㊁西安３个数据中心,用户可通过任一数据中心或直接通过i GMA S 官网(h t t p:ʊ１２４．２０５．５０．１７８)获取相关３４㊀中国空间科学技术F e b ２５㊀２０２１㊀V o l ４１㊀N o １产品.实时P P P 技术应用需要获取最新的超快速精密星历产品,为了满足本研究实时P P P 算法的需求以及推广i GMA S 数据产品的实际应用,本文基于W i n d o w s 平台设计了实时/事后下载i GMA S 精密数据的应用程序i GMA S ＧD o w n l o a d,程序下载文件的流程设计如图８所示.该程序包括实时和事后下载两种模式,实时下载数据主要面向i GMA S 超快速星历,其文件命名格式为i s u w w w w d _HH．s p ３/c l k ．Z (w w w w 为北斗周;d 为星期,０为星期日,１~６表示星期一至六;HH 为小时,分为００,０６,１２,１８;s p３/c l k 分别表示星历和钟差文件).程序实时刷新i GMA S 数据中心产品列表,根据系统时间匹配最新的超快速产品文件,下载到指定文件夹并自动解压,以备实时P P P 算法读取应用.事后模式可以根据用户需求批量下载其他产品,包括卫星轨道钟差㊁跟踪站地心坐标㊁地球自转参数㊁大气环境参数㊁频间偏差信息㊁电离层闪烁指数㊁民用监测评估结果㊁完好性产品等.图８㊀i GMA S 数据实时下载程序设计流程F i g ．８㊀i GMA Sd a t ad o w n l o a d p r o gr a mf l o w c h a r t ２．３㊀实时P P P 算法设计本文采用P P P 常规模型进行解算,采用双频伪距㊁载波相位观测值的无电离层组合作为函数模型,其基础模型表达式为[１６Ｇ１７]:P s I F＝f ２１P s １－f ２２P s２f ２１－f ２２＝㊀ρs r ＋T s r ＋c (δt r －δt s)＋δm ＋εP I F Φs I F ＝f ２１Φs １－f ２２Φs２f ２１－f ２２＝ρs r ＋T sr ＋㊀c (δt r －δt s )＋λr ,I F b sr ,I F ＋δm ＋εΦI Füþýïïïïïïïï(２)式中:P s I F ㊁Φs I F 分别为伪距㊁载波相位无电离层组合观测值;ρs r 为接收机和卫星间几何距离;T s r 为对流层延迟;δt r ㊁δt s分别表示接收机和卫星钟差;δm 为多路径延迟;b sr ,I F 为包含卫星和接收机端初始相位和硬件延迟的无电离层组合模糊度;εP I F 和εΦI F 分别表示两种组合观测值的观测噪声及未被模型化的误差.为保证高精度定位的质量,本文首先剔除低高度角卫星,并依靠高度角权重模型进行定权,定权模型如式(３)所示[１８]:δ２(e )＝δ２/s i n ２(e )(３)式中:δ２是天顶方向的非差消电离层相位观测值的方差;δ２(e )是在高度角e 处的相位观测值的方差.伪距观测值也在得到天顶方向观测值方差后,采用式(３)进行任意高度角映射,进而计算观测值权阵[１８].对观测数据进行实时预处理时,先剔除观测值存在粗差的卫星,再进行钟跳探测与修复,避免将接收机钟跳引起的观测值跳变误判为周跳.然后联合使用宽巷M e l b o u r n e ＧW u b b e n a (MW )和G e o m e t r y ＧF r e e (G F )组合法进行周跳探测,对于出现周跳的卫星进行模糊度初始化.通过数据的实时预处理,来消除异常观测数据对P P P 定位结果的影响[１９Ｇ２０].本文采用扩展卡尔曼滤波进行参数估计,待估参数为X ＝(x ,y ,z ,d t r ,z p d ,N i (i ＝１~n ))T,依次为接收机位置参数㊁接收机钟差㊁天顶对流层湿延迟㊁可见卫星模糊度参数.精密轨道和钟差等产品采用i GMA S 超快速产品,卫星和接收机端天线相位中心偏差(P C O )和天线相位中心变化(P C V )分别使用I G S A N T E X 文件进行改正.实时定位过程同步使用I G S 超快速产品进徐伟证,等:应用i G M A S超快速星历的实时精密单点定位研究３５㊀行数据处理和结果对比.各项误差采用模型进行处理,具体策略如表１所示[９,１７].表１㊀P P P各项误差处理方法T a b l e１㊀P P Pe r r o r p r o c e s s i n g s t r a t e g y 误差改正项改正方法㊁模型卫星轨道㊁钟差i GMA S超快速星历㊁钟差电离层延迟双频无电离层组合对流层干延迟H o p f i e l d模型＋G P T２＋VM F卫星和接收机天线相位中心i g s１４．a t x㊀P C O＋P C V相位缠绕W u模型相对论效应I E R S协议地球自转改正S a g n a c效应固体潮I E R S协议G O T４．８模型海潮I E R S协议极潮I E R S协议３㊀实时P P P试验与分析３．１㊀实时P P P定位试验环境搭建２０１９年７月２８日１４:００Ｇ１７:３０在南京航空航天大学明故宫校区操场开展了实测数据采集和静态精密单点定位试验.当日天气状况良好,实验环境视野开阔无遮挡,数据采样间隔为１秒.使用N o v A t e lO E M６１７双频接收机(单点定位精度:水平５m,高程１０m)实时接收G P S观测数据,截止高度角设为１５ʎ,使用北斗伴侣M２R T K固定解(定位精度:水平０．０２m,高程０．０４m)作为定位结果参考标准.在定位参考点的设计上,通过将N o v A t e l天线和北斗伴侣M２架设到两台三脚架并调整抵消其高度差,预先测量水平和高度误差并在算法中予以修正.实验过程同步使用两台笔记本电脑进行数据读取和程序运算,以提高程序运算结果的可靠性.３．２㊀P P P试验结果分析本文使用i GMA S超快速星历和钟差产品,对G P S实测数据进行实时精密单点定位实验,其定位结果与N o v A t e l接收机自身定位误差对比如图９所示,分别使用i GMA S和I G S超快速星历的实时P P P定位结果相对于参考真值在E N U坐标系下收敛情况如图１０㊁图１１所示.图９㊀i GMA S超快速星历实时P P P与接收机定位误差对比F i g．９㊀C o m p a r i s o no f p o s i t i o n i n g e r r o r b e t w e e n i GMA Su l t r aＧf a s t e p h e m e r i s r e a lＧt i m eP P Pa n d r e c e i v er图１０㊀i GMA S超快速星历实时P P P定位误差收敛情况F i g．１０㊀i GMA Su l t r aＧf a s t e p h e m e r i sr e a lＧt i m eP P Pc o n v e r g e n ce图１１㊀I G S超快速星历实时P P P定位误差收敛情况F i g．１１㊀I G Su l t r aＧf a s t e p h e m e r i s r e a lＧt i m eP P Pp o s i t i o n i n g e r r o r c o n v e r g e n c e１)由图９可知,N o v A t e l接收机自身定位误差波动大,且方程方向误差较大;与接收机原始定位相比,应用i GMA S超快速星历的实时精密单点定位可以有效提升定位精度和稳定性.２)由图１０和图１１可见,分别使用i GMA S 和I G S超快速星历进行精密单点定位试验,其３６㊀中国空间科学技术F e b ２５㊀２０２１㊀V o l ４１㊀N o １收敛时间和定位精度接近,连续观测约２０m i n 后,P P P 定位误差即可收敛到分米级,最终可收敛到２０c m 以内.３)由图１０和图１１,以及表２可知,i GMA S超快速星历在实时P P P 试验中可实现与I G S 超快速星历相近的定位结果,应用i GMA S 超快速星历的实时精密单点定位可以有效提升定位精度和稳定性,验证了i GMA S 超快速星历的实用性能.表２㊀接收机和实时P P P 定位误差均方根统计T a b l e ２㊀R o o tm e a n s qu a r e s t a t i s t i c s o f r e c e i v e r a n d r e a l Ｇt i m eP P P p o s i t i o n i n g er r o r s 参数类别定位误差均方根/c mE N U 收敛至分米级所需时间/m i n接收机定位２１９．３２２８．５４２９．８－i GMA S ＧP P P ７．２６．４１５．２２３I G S ＧP P P６．９６．２１４．７２０４㊀结束语卫星精密星历是实现P P P 的基础数据,其精度和可用性直接影响导航定位的性能.本文以I G S 最终产品为参考标准,评估了i GMA S 超快速星历的精度和稳定性,设计了i GMA S ＧD o w n l o a d 应用程序实时获取最新的i GMA S 超快速星历,以其中精度和稳定性较高的G P S 卫星数据,结合N o v A t e l 双频接收机开展了实时P P P 定位算法研究和试验,得到如下结论:１)i G AM S 超快速星历中,G P S 卫星精度和稳定性最高,具有较高的可用性,G L O N A S S 次之,B D S (M E O /I G S O ㊁G E O )和G a l i l e o 系统均存在一定范围的波动.G P S 卫星星历得益于数量众多且全球分布的I G S 跟踪站支持,可以通过全弧段多重覆盖的观测数据来提高精度.２)北斗导航系统精密改正数据,存在卫星数量不足㊁卫星精度相对较低(特别是G E O 卫星),以及系统间卫星轨道误差离散性较大的问题.未来有望通过建设更多全球分布的地面监测站或低轨星基监测站,以及星间链路技术来提升北斗产品的精度.３)本文设计的i GMA S ＧD o w n l o a d 软件可以实时获取最新i GMA S 超快速星历,基于该数据的G P S 实时P P P 算法在结合N o v A t e l 双频接收机试验中,与应用I G S 超快速星历定位精度和收敛时间接近,验证了i GMA S 超快速产品的应用性能,有助于推动我国i GMA S 产品的实际应用.参考文献(R e f e r e n c e s)[１]㊀C A IH ,C H E N G ,J I A O W ,e t a l ．A n i n i t i a l a n a l ys i s a n d a s s e s s m e n to n f i n a l p r o d u c t s o fi GMA S [C ]．C h i n a S a t e l l i t eN a v i ga t i o n C o n f e r e n c e(C S N C )２０１６P r o c e e d i n g s :V o l u m e I I I ．S i n g a p o r e :S p r i n ge r ,２０１６．[２]㊀崔红正,唐歌实,宋柏延,等．北斗卫星导航系统实时定轨与钟差处理策略[J ]．中国空间科学技术,２０１５,３５(５):１Ｇ７．C U IH Z ,T A N G GS ,S O N G B Y ,e t a l ．BD Ss a t e l l i t er e a l t i m e o r b i t a n dc l o c kd e t e r m i n a t i o na n d i n i t i a l r e s u l t s a n a l y s i s [J ]．C h i n e s e S p a c e S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,２０１５,３５(５):１Ｇ７(i nC h i n e s e )．[３]㊀谭畅,陈国,魏娜,等．i GMA S 轨道产品综合及精度初步分析[J ]．武汉大学学报(信息科学版),２０１６(１１):１４６９Ｇ１４７５．T A N C ,C H E N G ,W E I N ,e ta l ．C o m b i n e ds a t e l l i t eo r b i t s o f t h e i GMA S a n a l y s i s c e n t e r s :m e t h o d a n d pr e c i s i o n [J ]．G e o m a t i c s a n d I n f o r m a t i o n S c i e n c e o f W u h a nU n i v e r s i t y ,２０１６(１１):１４６９Ｇ１４７５(i nC h i n e s e )．[４]㊀张小红,李星星,李盼．G N S S 精密单点定位技术及应用进展[J ]．测绘学报,２０１７,４６(１０):１３９９Ｇ１４０７．Z H A N G X H ,L IX X ,L IP ．R e v i e wo fG N S SP P Pa n di t sa p p l i c a t i o n [J ]．A c t a G e o d a e t i c a e t C a r t o g r a p h i c a S i n i c a ,２０１７,４６(１０):１３９９Ｇ１４０７(i nC h i n e s e )．[５]㊀王胜利,王庆,高旺,等．I G S 实时产品质量分析及其在实时精密单点定位中的应用[J ]．东南大学学报(自然科学版),２０１３(S ２):３６５Ｇ３６９．WA N GSL ,WA N G Q ,G A O W ,e t a l ．Q u a l i t y a n a l y s i s o f I G Sr e a l Ｇt i m e p r o d u c t sa n d i t sa p p l i c a t i o ni nr e a l Ｇt i m e p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g [J ]．J o u r n a l o f S o u t h e a s t U n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n ),２０１３(S ２):３６５Ｇ３６９(i nC h i n e s e )．[６]㊀王敏,柴洪洲,阮仁桂,等．基于i GMA S 预报产品的实时精密单点定位性能分析[C ],第七届中国卫星导航学术年会．长沙,２０１６．WA N G M ,C H A I H Z ,R U A N R G ,e t a l ．I n i t i a lpe rf o r m a n c e a s s e s s m e n t o f r e a l Ｇt i m e p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i ng b a s e d o n i GMA S p r e d i c t i o n p r o d u c t [C ]ʊTh e ７t h C hi n a S a t e l l i t e N a v i g a t i o n A c a d e m i c C o n f e r e n c e ．C h a n gs h a ,２０１６(i nC h i n e s e )．[７]㊀WA N G L ,L I Z ,G E M ,e t a l ．I n v e s t i ga t i o n o ft h e p e r f o r m a n c eo fr e a l Ｇt i m e B D S Ｇo n l y p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g徐伟证,等:应用i G M A S超快速星历的实时精密单点定位研究３７㊀u s i n g t h e I G S r e a lＧt i m e s e r v i c e[J]．G P S S o l u t i o n s,２０１９,２３(３)．[８]㊀G EY,Y A N GX,Q I N W,e t a l．T i m e t r a n s f e r a n a l y s i s o fG P Sa n dB D S p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g b a s e do ni GMA Sp r o d u c t s[C]ʊC h i n a S a t e l l i t e N a v i g a t i o n C o n f e r e n c e．S i n g a p o r e:S p r i n g e r,２０１８．[９]㊀G E Y,S U NB,WA N GS,e t a l．C o n v e r g e n c e t i m e a n a l y s i s o f m u l t iＧc o n s t e l l a t i o n p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g b a s e d o ni G M A S p r o d u c t s[C]ʊC h i n aS a t e l l i t eN a v i g a t i o nC o n f e r e n c e(C S N C)２０１６P r o c e e d i n g s:V o l u m e I I I．S i n g a p o r e:S p r i n g e r,２０１６．[１０]㊀赵兴旺,王胜利,刘超．G N S S精密单点定位理论与方法[M]．合肥:中国科学技术大学出版社,２０１５:５３Ｇ５６．Z HA O X W,WA N GSL,L I UC．G N S S p r e c i s i o n p o i n tp o s i t i o n i n g t h e o r y a n d m e t h o d[M]．H e f e i:C h i n aU n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y P r e s s,２０１５:５３Ｇ５６(i nC h i n e s e)．[１１]㊀Y US,X U T．P r e c i s i o ne v a l u a t i o na n dc o n s i s t e n c y a n a l y s i s o fi G M A S o r b i t a n d c l o c k p r o d u c t s[M]．S i n g a p o r e:S p r i n g e r,２０１６．[１２]㊀L I U Y,K ES,S U NB,e t a l．C o m p a r i s o no f p e r f o r m a n c e s o f t h r e em u l t iＧc o n s t e l l a t i o n p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g m o d e l sb a s e do n i G M A S p r o d uc t s[C]ʊC h i n aS a t e l l i t eN a v i g a t i o nC o n f e r e n c e．S i n g a p o r e:S p r i n g e r,２０１８．[１３]㊀李鹤峰,党亚民,秘金钟,等．B D S与G P S㊁G L O N A S S 多模融合导航定位时空统一[J]．大地测量与地球动力学,２０１３,３３(４):７３Ｇ７８．L IH F,D A N G Y M,M I J Z,e t a l．R e s e a r c ho n s p a t i ot e m p o r a u n i f i c a t i o n o f B D S/G P S/G L O N A S Sm u l t iＧm o d en a v i g a t i o na n d p o s i t i o n i n g[J]．J o u r n a lo fG e o d e s y a n dG e o d y n a m i c s,２０１３,３３(４):７３Ｇ７８(i nC h i n e s e)．[１４]㊀李明峰,江国焰,张凯．I G S精密星历内插与拟合法精度的比较[J]．大地测量与地球动力学,２００８(２):７７Ｇ８０．L I M F,J I A N G G Y,Z H A N G K．C o m p a r i s o n o fi n t e r p o l a t i n g a n d f i t t i n g I G S p r e c i s e e p h e m e r i s[J]．J o u r n a l o fG e o d e s y a n dG e o d y n a m i c s,２００８(２):７７Ｇ８０(i nC h i n e s e)．[１５]㊀李征航．G P S测量与数据处理[M]．３版．武汉:武汉大学出版社,２０１３:７７Ｇ７８．L I ZH．G P Sm e a s u r e m e n t a n d d a t a p r o c e s s i n g[M]．３r d e d．W u h a n:W u h a nU n i v e r s i t y P r e s s,２０１３:７７Ｇ７８(i nC h i n e s e)．[１６]㊀李博嶙,葛海波,沈云中．无电离层组合㊁U o f c和非组合精密单点定位观测模型比较[J]．测绘学报,２０１５,４４(７):７３４Ｇ７４０．L I BL,G E HB,S H E N YZ．C o m p a r i s o n o f i o n o s p h e r eＧf r e e,U o f c a n d u n c o m b i n e dP P Po b s e r v a t i o nm o d e l s[J]．A c t aG e o d a e t i c a e tC a r t o g r a p h i c aS i n i c a,２０１５,４４(７):７３４Ｇ７４０(i nC h i n e s e)．[１７]㊀G E N GJ,S H I C．R a p i d i n i t i a l i z a t i o n o f r e a lＧt i m e P P Pb y r e s o l v i n g u n d i f f e r e n c e dG P Sa n dG L O N A S Sa m b i g u i t i e ss i m u l t a n e o u s l y[J]．J o u r n a lo fG e o d e s y,２０１６,９１(４):１Ｇ１４．[１８]㊀Y IC H,Z HU JJ,C H E N Y Q,e ta l．A ni m p r o v e d s t o c h a s t i cm o d e l c o n s i d e r i n g s a t e l l i t ec l o c k i n t e r p o l a t i o ne r r o r i nG P S p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g[J]．G e o m a t i c s a n dI n f o r m a t i o n S c i e n c e o f W u h a n U n i v e r s i t y,２０１０,３５(１０):１１６５Ｇ１１６８．[１９]㊀赵兴旺,张翠英．精密单点定位部分模糊度固定方法[J]．中国空间科学技术,２０１３,３３(１):４１Ｇ４８,７２．Z HA O X W,Z HA N G C Y．P a r t i a la m b i g u i t y f i x i n gm e t h o da n da n a l y s i sf o r p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g[J]．C h i n e s eS p a c eS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,２０１３,３３(１):４１Ｇ４８,７２(i nC h i n e s e)．[２０]㊀韩啸,潘树国,赵庆．嵌入式G P S/B D S实时精密单点定位方法[J]．测绘通报,２０１８(２):９９Ｇ１０２,１６３．H A N X,P A N S G,Z HA O Q．E m b e d d e d G P S/B D Sr e a lＧt i m e p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g m e t h o d[J]．B u l l e t i n o fS u r v e y i n g a n d M a p p i n g,２０１８(２):９９Ｇ１０２,１６３(i nC h i n e s e)．作者简介:徐伟证(１９９３－),男,硕士研究生,研究方向为导航增强㊁高精度定位数据处理,w z x u＠n u a a．e d u．c n.康国华(１９７８－),男,教授,研究方向为微小卫星姿轨控㊁卫星导航与定位,k a n g g h＠n u a a．e d u．c n.(编辑:邓薇)。

基于精密单点定位技术的手持GPS接收机定位精度提升方法研究朱伟刚;田厚勇;王琳琳【摘要】针对手持GPS接收机定位精度低的问题,在分析精密单点定位技术原理的基础上,研究基于精密单点定位技术的手持GPS接收机精度提升的方法,并野外采集相关数据进行实验验证.结果表明,精密单点定位技术可以使手持GPS接收机的精度从米级提高到亚米级,从而提高手持GPS接收机的测量精度.【期刊名称】《长春工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(014)004【总页数】4页(P67-70)【关键词】精密单点定位;手持GPS接收机;精度【作者】朱伟刚;田厚勇;王琳琳【作者单位】长春工程学院勘查与测绘工程学院,长春130021;长春工程学院勘查与测绘工程学院,长春130021;长春工程学院勘查与测绘工程学院,长春130021【正文语种】中文【中图分类】P228.40 前言手持GPS接收机是一种结合了掌上电脑技术、GPS测量技术、无线通信技术的高集度测量终端设备。

其具有体积小、便于携带、可全天候独立作业的特点，现已广泛应用于地理信息数据采集。

由于手持GPS接收机采用的是伪距法定位原理，其具有定位速度快，且无多值性问题等优点，但伪距法定位精度低，其定位误差为10～30m，不能满足常规测量定位精度要求。

如果使用一定的方法和技术将手持GPS接收机的定位精度提高，将其应用于测量的外业工作中，将极大地减少人力物力，提高外业工作效率［1］。

现阶段对于手持GPS接收机的精度提升可利用SBAS技术、连接CORS站以及PPP技术。

SBAS是Satellite Based Augmentation Systems的缩写，是利用地球静止轨道卫星建立的地区性广域差分增强系统，其通过地球静止卫星（GEO）发布包括GPS卫星星历误差改正、卫星钟差改正和电离层改正的信息。

CORS系统是指连续运行卫星定位服务综合系统（Continuous Operational Reference System），其可以向移动站发送整体的误差改正，包括GPS的轨道误差、电离层、对流层和大气折射引起的误差。

2020年6月第3期现代导航·171·GPS/BDS实时精密单点定位技术实现张之琛（西安邮电大学通信与信息工程学院，西安710121）摘要：为给各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时等服务，设计了一款基于ARM+FPGA的GPS/BDS双模双频接收机，嵌入基于GPS/BDS双系统的实时精密单点定位软件。

简单介绍了接收机的硬件设计中的电源和射频模块，针对实时改正数差分龄期过大和IODE与广播星历不匹配造成实时PPP定位中断的问题，给出了相应解决办法。

最后通过对实时GPS/BDS 组合PPP长时间测试表明：静态条件下，水平方向偏差RMS为2.1cm，高程方向偏差RMS值为3.6cm；动态条件下，水平方向偏差RMS值为12.6cm，高程方向偏差RMS值为14.7cm。

关键词：GPS/BDS；软件接收机；高精度；多频；实时；精密单点定位中图分类号：TN967.1 文献标志码：A 文章编号：1674-7976-(2020)-03-171-07 Realization of GPS/BDS Real-Time Precise Single-Point Positioning TechnologyZHANG ZhichenAbstract: In order to provide high-precision, high-reliable positioning, navigation, timing and other services for various users, a GPS/BDS dual-mode dual-frequency receiver based on ARM+FPGA is designed which is embedded a real-time precise point positioning software. The power and radio frequency module of the receiver are briefly introduced. Aiming at the problem of positioning interruption caused by overage of correction difference age and mismatch of IODE between real-time correction number and broadcast ephemeris, The corresponding solutions are given. Finally, the long-time test of real-time GPS/BDS PPP shows that the horizontal deviation RMS is 2.1 cm and the elevation deviation RMS is 3.6 cm under static condition, the horizontal deviation RMS is 12.6 cm and the elevation deviation RMS is 14.7 cm under dynamic condition.Key words: GPS/BDS; Software Receiver; High Precision; Multiple-Frequency; Real Time; Precise Point Positioning0 引言精密单点定位（Precise Point Positioning，PPP）是指单台接收机利用精密的卫星轨道和钟差和现有精确函数模型或附加参数估计等方式消除与定位相关的误差项，实现高精度的绝对定位。

基于GPS精密单点定位技术的L2C信号分析潘元欣;栗广才【摘要】基于精密单点定位(precise point positioning,PPP)技术处理2016年年积日1～7 IGS网中27个测站的高频数据,并直接在位置域研究使用L2C信号代替传统的L2P信号构成双频无电离层组合的精度改善情况.实验结果表明,P1/L2C组合观测值相较于传统的P1/L2P组合PPP动态定位结果在E和N方向有7.4％的精度提升,U方向改善了4.4％.另外,L2C信号跟踪稳定、不易失锁等特点有利于保持卫星观测弧段的连续性,从而有助于PPP模糊度参数的收敛和定位精度的提高.【期刊名称】《大地测量与地球动力学》【年(卷),期】2019(039)008【总页数】4页(P821-824)【关键词】GPS;L2C信号;精密单点定位;信号连续性【作者】潘元欣;栗广才【作者单位】武汉大学卫星导航定位技术研究中心,武汉市珞喻路129号,430079;武汉大学卫星导航定位技术研究中心,武汉市珞喻路129号,430079【正文语种】中文【中图分类】P228自2005年第一颗Block ⅡR-M卫星发射以来，L2C信号便引起GNSS科研工作者的关注。

由于当时具备L2C信号发射能力的卫星数量有限，国内外相关研究大多集中于L2C信号多径抑制能力、观测噪声等信号质量的评估[1-2]及GPS接收机对L2C信号的快速捕获算法等方面，少有研究直接在位置域探讨L2C信号用于精密单点定位(PPP)[3]的精度改善情况。

PPP数据处理一般使用P1/L2P无电离层组合观测值，但由于AS政策的存在，P(Y)码结构保密，接收机一般只能采用无码或半无码技术获取对应的伪距和载波观测值，但此类技术会放大观测值中包含的噪声，降低信号质量。

L2C作为民用信号，其结构公开，用户可以直接获取其伪距观测值，且可以通过码相关技术重建质量更佳的L2载波。

而PPP主要使用精度更高的载波观测值，这意味着以L2C观测值替代L2P观测值进行数据处理有望提高PPP 的定位质量和精度。

古诗词活动方案一、活动简介古诗词活动旨在通过学习、欣赏和创作古诗词来传承和弘扬中华优秀文化，提高学生的语言表达能力和审美水平。

本活动方案将从古诗词的学习、欣赏和创作三个方面进行安排，让学生在参与中感受到古诗词的魅力。

二、活动内容1. 学习古诗词通过选取一些经典的古诗词作品，组织学生进行相关的学习活动，使他们了解古诗词的创作背景、诗人的思想感情以及诗歌的艺术特点。

可以进行的活动包括：（1）背诵古诗词：选取不同朝代、不同主题的古诗词，让学生背诵并理解其中的意境；（2）诗词欣赏活动：组织学生集体欣赏古代名家的诗词作品，学习欣赏古诗词的表现形式和审美特点；（3）古诗词研讨会：学生们按照自己的喜好选择一首古诗词进行研究和分享，促进学生之间的交流和合作。

2. 欣赏古诗词演唱会组织一场古诗词演唱会，让学生通过音乐和表演的形式将古诗词进行传唱和展示，激发学生对古诗词的兴趣。

具体活动安排如下：（1）选取一些脍炙人口的古诗词，编排成小品、舞蹈或音乐剧等形式；（2）邀请学生到舞台上表演，充分展示古诗词的艺术魅力；（3）邀请古诗词专家或艺术家参加，进行专题讲解和点评。

3. 创作古诗词通过创作古诗词，激发学生的创造力和表达能力。

可以进行的活动包括：（1）主题创作：选择具有一定主题的古诗词，引导学生创作与之相关的诗词作品；（2）联想创作：通过图片、音乐等媒介，引导学生进行联想创作，发挥他们的想象力和创造力；（3）集体创作：邀请学生组成小组，共同创作一首古诗词，展示团队合作和创造力的过程。

三、活动效果评估1. 学生表现评估通过对学生在活动中的表现进行评估，从语言表达、创造力和合作意识等多个方面进行评定，鼓励他们在古诗词学习与创作中取得进步。

2. 教师评估教师作为活动的组织者和指导者，应对学生的活动参与情况、作品质量等进行评估，并做出详细的反馈和指导，以促进学生的进步。

四、活动资源准备1. 学习资源准备一些经典的古诗词作品和相关的文献资料，供学生学习和借鉴。

IGS RTS产品数据中断修复方法研究臧建飞;范士杰;秦学彬;陈冠旭;华亮【摘要】针对IGS RTS(real time service)实时数据流产品难以避免的数据中断现象,开展了RTS数据中断修复方法研究,提出“插值修复”方法.在对RTS数据中断的区间分布进行统计分析的基础上,选取15 min为可修复的最大数据中断区间;采用常用的拉格朗日插值方法进行RTS轨道数据中断修复,对不同阶数的插值修复效果进行比较;提出新的基于RTS改正的精密卫星钟差计算方法,采用拉格朗日插值、三次样条插值、线性插值和线性拟合等方法进行RTS钟差数据中断修复和结果对比;最后利用IGS跟踪站观测数据和修复后的RTS产品,进行静态模拟动态的准实时PPP实验,对“插值修复”方法的效果和PPP定位精度进行验证.【期刊名称】《大地测量与地球动力学》【年(卷),期】2016(036)010【总页数】5页(P884-888)【关键词】IGS RTS产品;实时数据流;数据中断;插值修复;精密单点定位【作者】臧建飞;范士杰;秦学彬;陈冠旭;华亮【作者单位】中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,青岛市长江西路66号,266580;中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,青岛市长江西路66号,266580;东方地球物理公司大港物探处测量设备服务中心,涿州市范阳西路189号,072751;中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,青岛市长江西路66号,266580;中国石油大学(华东)地球科学与技术学院,青岛市长江西路66号,266580【正文语种】中文【中图分类】P228针对IGS及其各分析中心发布的实时数据流改正，国内外学者分别进行了RTS产品的精度分析[1-2]和基于RTS产品的实时PPP[3-6]、实时GNSS水汽提取[7-10]等研究。

然而，由于网络传输等各种不确定性因素，致使IGS等实时数据流产品难以避免地存在数据不连续或者中断现象[1]，严重影响了PPP数据处理和定位精度。

doi:10.3969/j.issn.1003-3106.2023.05.004引用格式:李燕敏,艾孝军,贺凯盈.BDS 实时精密单点定位性能分析[J].无线电工程,2023,53(5):1024-1031.[LI Yanmin,AI Xiaojun,HE Kaiying.Performance Analysis of BDS Real-time Precision Point Positioning [J].Radio Engineering,2023,53(5):1024-1031.]BDS 实时精密单点定位性能分析李燕敏1,艾孝军2∗,贺凯盈1(1.陕西铁路工程职业技术学院测绘与检测学院,陕西渭南714099;2.湖北省电力勘测设计院有限公司,湖北武汉430040)摘㊀要:以GFZ 事后精密轨道与钟差产品为参考,评估CNES 实时轨道与钟差精度㊂基于CNES 实时轨道和钟差,对18个MGEX 地面站进行了实时精密单点定位(Real-Time Precise Point Positioning,RT PPP)测试,以GPS 为参考分别对比分析了BDS3㊁BDS2+3的RT PPP 的性能㊂结果表明,GPS 实时轨道三维精度优于11cm,实时钟差精度约为0.02~0.06ns,BDS 非GEO 卫星实时轨道三维精度优于33cm,钟差精度约为0.05~0.29ns㊂BDS 与GPS 三维定位精度基本相当,约为5~6cm㊂GPS 平均收敛速度约为59min,BDS 平均收敛时间约为124min㊂相对于BDS3㊁BDS2+3在E㊁N㊁U 三方向的定位精度分别提升9.9%㊁6.7%㊁2.6%,3D 定位精度提升5.8%,收敛速度提升20.2%㊂关键词:实时轨道;实时钟差;实时精密单点定位精度;收敛时间中图分类号:P228文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID ):文章编号:1003-3106(2023)05-1024-08Performance Analysis of BDS Real-time Precision Point PositioningLI Yanmin 1,AI Xiaojun 2∗,HE Kaiying 1(1.School of Surveying &Testing ,Shaanxi Railway Institute ,Weinan 714099,China ;2.Power China Hubei Electric Engineering Co.,Ltd.,Wuhan 430040,China )Abstract :Using GFZ post-event precision orbit and clock offset products as a reference,CNES real-time orbit and clock offsetaccuracy are evaluated.Based on CNES real-time orbit and clock offset,Real-Time PPP positioning tests are conducted on 18MGEXground stations,and the performance of BDS3and BDS2+3RT PPP is compared and analyzed using GPS as a reference.The results show that the GPS real-time orbit 3D accuracy is better than 11cm,and the real-time clock offset accuracy is about 0.02~0.06ns.The BDS non GEO satellite real-time orbit 3D accuracy is better than 33cm,and the clock offset accuracy is about 0.05~0.29ns.The three-dimensional positioning accuracy of BDS and GPS is basically equivalent,about 5~6cm.The average convergence speed of GPS is about 59min,and the average convergence time of BDS is about pared to BDS3,the positioning accuracy of BDS2+3in the E,N,and U directions has been improved by 9.9%,6.7%,and 2.6%,respectively.The 3D positioning accuracyhas been improved by 5.8%,and the convergence speed has been improved by 20.2%.Keywords :real-time orbit;real-time clock offset;real-time precise point positioning;convergence time收稿日期:2022-11-24基金项目:2020年陕西铁路工程职业技术学院第一批科研基金项目(KY2020-34)Foundation Item:Project of the First Batch of Scientific Research Funds ofSXRI in 2020(KY2020-34)0㊀引言精密卫星轨道与钟差产品是实现精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)的2个重要改正信息[1-2],由于早期精密卫星产品解算的滞后性[3],导致PPP 在初期只能采用事后处理模式,极大地限制了PPP 的应用范围和场景㊂为满足对全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)实时精密定位日益增长的需求,自2013年国际GNSS 服务(International GNSS Service,IGS)正式提供实时数据流服务(Real-Time Service,RTS)以来,实时精密单点定位(Real-Time Precise Point Positioning,RT PPP)的研究与应用逐渐成为研究热点[4-5]㊂北斗三号(BDS3)双频消电离层组合实时动态PPP 收敛后水平精度与垂直精度分别可达到11cm和17cm,其中B1C /B2a 双频组合在水平与垂直方向定位精度30min 分别可收敛至27.8㊁36cm;而B1I /B3I 稍差,相同时间可分别收敛至42.8㊁53cm [6]㊂北斗二号(BDS2)/BDS3双频消电离层实时动态PPP 在东/北/高(E /N /U)方向的定位精度分别可达6.7㊁5.1㊁10.4cm,其定位精度收敛至10cm 的时间分别为66.9㊁42.9㊁69.1min [7]㊂基于BDS PPP-B2b 服务信号,BDS /GPS 双系统综合RT PPP 动态模式在E /N /U 方向的定位精度分别可达到5.9㊁3.6㊁9.4cm,E /N /U 方向的定位精度收敛至20cm 的收敛时间约为10~28min [8]㊂基于消电离层观测值的GPS /BDS /Galileo /GLONASS 四系统综合RT PPP 动态模式在E /N /U 方向的定位精度可达1.6㊁1.2㊁3.4cm,收敛时间分别为15.4㊁7.0㊁16.4min[9]㊂已有研究主要是对单系统或多系统组合定位精度的对比分析,尚未明确对比分析BDS2对BDS3的RT PPP 性能增益情况,基于此,本文着重研究了RT PPP 中对比BDS3和BDS2/3的定位性能,从而说明BDS2对当前BDS 全球卫星导航系统服务性能的保障㊂本文详细介绍了RT PPP 的实施过程,主要包括:介绍了基于RTCM 格式与NTRIP 协议的实时轨道钟差改正数恢复至精密轨道钟差产品的方法,并评估了目前多系统实时轨道钟差产品的精度;基于双频消电离层组合的实时PPP 高精度定位技术方案㊂以德国地学中心(GFZ)的事后精密产品为参考,对法国国家太空研究中心(Centre National dEtudes Spatiales,CNES)的实时轨道与钟差进行了精度评定㊂选取分布在全球的18个多GNSS 试验(Multi-GNSS Experiment,MGEX)站进行RT PPP 试验,对BDS㊁GPS 两个系统的PPP 性能进行了对比分析,并对BDS2+3和BDS3分别进行RT PPP 测试,对比分析BDS2对BDS3的实时定位性能增益㊂1㊀GNSS PPP 模型及产品恢复方法1.1㊀GNSS PPP 模型GNSS 原始伪距和载波相位观测方程可以表示为[10-12]:P s r ,f (i )=ρs r (i )+c 0[dt r (i )-dt s (i )]+m sr ㊃T r (i )+μf I s r ,1(i )+b r ,f -b s f +εs r L s r ,f (i )=ρs r (i )+c 0[dt r (i )-dt s (i )]+m sr ㊃T r(i )-μf I s r ,1(i )+ϕr ,f -ϕs f +λf N s r ,f +e s r ìîíïïïïï,(1)式中:s 为卫星号,r 为接收机号,f 为频率号(f =1,2, ,n ),P s r ,f (i )为伪距观测值,L s r ,f (i )为载波相位观测值,ρs r (i )为站星间几何距离,c 0为真空中光速,dt r (i )和dt s (i )分别为接收机钟差和卫星钟差,m s r 为对流层投影函数,T r 为天顶对流层延迟,μf =(λ2f /λ21)为电离层斜延迟系数,b r ,f ㊁b sf 分别为接收机端和卫星端伪距硬件延迟,ϕr ,f ㊁ϕs f 为接收机端和卫星端相位硬件延迟,λf 为第f 频率的载波相位波长,N s r ,f 为载波相位整周模糊度,εs r ㊁e s r 为伪距观测噪声和载波相位观测噪声分别与其他未模型化误差的和㊂由于伪距硬件延迟与钟差,模糊度参数存在相关性,为避免法方程无法求解,经线性化后的双频消电离层组合的函数模型可表示为[1-2]:ΔP s r ,IF12=e s r ㊃x +m s r ㊃T r +c ㊃d ~t r ,IF12+εs rΔLsr ,IF12=e s r ㊃x +m s r ㊃T r +c ㊃d ~t r +N ~s r ,IF12+ξs r{,(2)d ~t r =dt r +b r ,IF12,d ~t s =dt s +b s IF12d r ,IF12=α12㊃b r ,1+β12㊃b r ,2d s IF12=α12㊃b s r ,1+β12㊃b s r ,2N ~sr ,IF12=α12㊃(λ1㊃N s r ,1+ϕr ,1-ϕs ,1)+β12㊃(λ2㊃N s r ,2+ϕr ,2-ϕs ,2)-b r ,IF12+b s ,IF12α12=f 21f 21-f 22,β12=-f 22f 21-f 22ìîíïïïïïïïïïï,(3)式中:f 1㊁f 2为信号频率,ΔP s r ,IF12为双频伪距消电离层组合观测值,ΔL s r ,IF12为双频载波相位消电离层组合观测值,e s r 为方向余弦,x 为对应的坐标参数,α12㊁β12为消电离层组合的系数项,d r ,IF12㊁d s IF12分别为接收机和卫星伪距硬件延迟的消电离层组合,d ~t r ㊁d ~t s 分别为吸收伪距硬件延迟的接收机和卫星钟差,N ~s r ,IF12为吸收伪距和相位硬件延迟的模糊度参数㊂1.2㊀SSR 改正数与广播星历匹配由于受网络带宽以及时效性的限制,实时卫星轨道和钟差对应的状态空间描述(State Space Rep-resentation,SSR)信息以基于广播星历计算的卫星坐标与钟差的改正数的形式进行播发,因此用户在接收到SSR 改正信息时首先需要匹配与之对应的广播星历㊂用户在接收到改正数信息后需要采用星历数据期号(Issue of Date Ephemeris,IODE)参数匹配相应的广播星历进行还原㊂GPS 广播星历中明确定义了IODE 参数,可直接使用,BDS 系统的IODE 参数需通过指定的算法计算㊂利用广播星历中的星历数据参考时间(Time of Ephemeris,TOE)参数生成BDS的IODE计算方式为[13-15]:IDOE C=f mod(int(TOE/720),240),(4)式中:int()为取整函数,f mod()为取余函数㊂1.3㊀SSR卫星轨道改正数恢复SSR卫星轨道改正数包括径向(Radial)㊁切向(Along)和法向(Cross)三个方向相对于基于广播星历计算的卫星位置的改正量㊂基于广播星历与轨道改正数恢复至精密卫星位置的方法如下[16]:X orbit=X brd-δX,(5)式中:X orbit为基于轨道SSR信息改正后的精密卫星位置,X brd为与轨道SSR信息匹配的广播星历计算的卫星位置,δX为基于轨道SSR信息的卫星位置值㊂1.4㊀SSR卫星钟差改正数恢复类似的,基于广播星历与卫星钟差改正数恢复至精密卫星钟差的方法如下[16]:t S=t brd-δC c,(6)式中:t brd为与钟差SSR改正数匹配的广播星历计算的卫星钟差,t S㊁δC分别为基于钟差SSR信息改正后的精密卫星钟差和钟差改正值㊂2㊀实时产品精度评估实时轨道和钟差产品的质量直接决定着PPP 的服务性能[17-18]㊂因此在开展定位测试之前,有必要对PPP所选用的实时产品进行精度评定㊂本文采用GFZ事后精密产品为参考,与CNES实时数据流还原的精密产品进行对比分析,评估CNES实时产品精度㊂由于2个分析中心产品的解算策略并不相同,异常值不可避免,本文取3倍于钟差时间序列或轨道差异中位数的值为异常值,并在分析计算中剔除这些异常值[19-20]㊂选用2022年3月21 30日(年积日DOY80~89)共10d的钟差与轨道产品进行对比分析,由于BDS地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)卫星的轨道和钟差精度产品相对BDS的其他卫星较差,对当前全球测站能接收BDS 卫星数量较多的条件下,GEO卫星对定位性能的增益并不显著,因此本文相关的研究工作并未引入BDS2的GEO卫星㊂2.1㊀实时轨道产品精度评估为避免产品内插导致的精度损失,本文的实时产品严格与事后参考产品采样率一致,精度统计以其均方根误差(Root Mean Square,RMS)作为指标㊂对比分析轨道径向㊁切向㊁法向(R㊁A㊁C)三个方向的精度情况㊂图1给出了BDS/GPS实时轨道产品在R㊁A㊁C 方向的RMS㊂统计结果显示,GPS实时轨道精度R㊁A㊁C三方向平均值分别约为6㊁3㊁9cm,三维位置精度平均值优于11cm;BDS实时轨道精度R㊁A㊁C三方向平均分别约为19㊁16㊁22cm,三维位置精度平均值优于33cm㊂可以看出,BDS实时轨道精度与GPS精度存在一定的差异㊂对BDS而言,BDS2非GEO卫星实时轨道精度R㊁A㊁C三方向平均分别约为21㊁17㊁23cm,三维位置精度平均值优于36cm; BDS3实时轨道精度R㊁A㊁C三方向平均分别约为18㊁15㊁21cm,三维位置精度平均值优于32cm, BDS3实时轨道精度略优于BDS2㊂(a)GPS实时轨道精度㊀(b)BDS实时轨道精度图1㊀基于GFZ产品对比的CNES BDS/GPS实时轨道精度统计结果Fig.1㊀Statistical results of CNES BDS/GPS real-time orbit accuracy based on GFZ product comparison2.2㊀实时钟差产品精度评估由于钟差估计中,对应参考网站点分布和接收机类型的差异,不同分析中心解算得到的卫星钟差信息无法保持完全一致的基准,因此在各产品之间必然会存在时间基准的差异㊂本文采用经典的二次差法,对卫星钟差进行精度评定[19-20]㊂同时顾及卫星天线相位中心差异导致的几何距离偏差在径向上对卫星钟差精度的影响,因此在钟差估计时,添加了径向误差改正㊂图2给出了BDS与GPS实时轨道径向误差统计,图3给出了BDS与GPS实时钟差误差统计,不同颜色表示不同卫星㊂采用二次差的方法消除实时钟差与参考钟差产品中的基准差异,分别统计了二者差异的标准差(STD)和RMS㊂钟差的RMS即外符合精度,通常与钟差解算过程中选取的基准以及数据处理策略有关,在参数估计的过程中可以被模糊度参数吸收,而STD即内符合精度,其可以真正反映钟差产品的解算精度,因此在卫星钟差评定中更加关注其STD的大小[21],统计结果如图4和表1所示㊂(a)GPS实时轨道径向误差㊀(b)BDS实时轨道径向误差图2㊀基于GFZ产品对比的CNES BDS/GPS实时轨道径向误差统计结果Fig.2㊀Statistics of CNES BDS and GPS real-time orbit radial errors based on GFZ productcomparison(a)GPS实时钟差误差㊀(b)BDS实时钟差误差图3㊀基于GFZ产品对比的CNES BDS/GPS实时钟差误差统计Fig.3㊀Statistics of CNES BDS and GPS real-time clock offset based on GFZ productcomparison(a)GPS实时钟差误差㊀(b)BDS实时钟差误差图4㊀基于GFZ产品对比的CNES BDS/GPS实时钟差精度统计结果Fig.4㊀Statistical results of CNES BDS/GPS real-time clock offset accuracy based on GFZ product comparison 表1㊀BDS/GPS实时钟差精度统计Tab.1㊀BDS/GPS real-time clock offset accuracy statistics单位:ns系统标识RMS STD最小值最大值均值最小值最大值均值GPS0.240.780.410.020.060.04BDS0.26 1.510.630.050.200.13BDS20.480.850.580.090.200.13BDS30.26 1.510.650.050.180.12㊀㊀统计结果显示,GPS实时钟差STD约为0.04ns,RMS约为0.41ns;BDS实时钟差STD约为0.13ns,RMS约为0.63ns,表明BDS实时钟差产品精度显著低于GPS㊂因此在RT PPP处理过程中,可将不同系统的卫星产品精度引入随机模型,以保证多系统联合时RT PPP的解算精度更优㊂对比表1统计信息可以发现,BDS2非GEO卫星与BDS3卫星钟差精度基本相当,表明BDS2卫星钟仍处于稳定的服务期㊂3㊀PPP试验结果分析为测试GPS和BDS的RT PPP精度情况,采用双频消电离层组合模型,分别进行BDS与GPS单系统实时动态PPP定位试验,就定位精度和收敛时间对两系统PPP性能进行比较㊂在定位过程中,由于BDS2的GEO卫星的轨道和钟差精度相对BDS的其他卫星较差,对定位的精度增益不大,因此在本文中并未采用㊂对BDS2+3和BDS3分别进行RT PPP 试验,分析验证BDS2对BDS3PPP性能的增益㊂3.1㊀试验数据与解算策略本文选取18个MGEX站基于2022年3月21 30日共10d的数据(DOY80~89)进行单天RT PPP试验㊂使用CNES提供的实时SSR数据流,并采用IGS提供的SNX周解文件作为测站坐标真值进行精度验证,具体解算策略如表2所示㊂表2㊀RT PPP解算策略Tab.2㊀The resolving strategy of RT PPP项目模型/处理策略系统类型GPS或BDS观测值双频伪距和载波相位观测值参数估计方法卡尔曼滤波选择频率GPS:L1&L2,BDS:B1I&B3I截止高度角7ʎ定权策略原始码和相位观测值精度,分别为0.3m和0.003m,高度角定权(P=sin2(E))组合形式双频消电离层组合解算模式实时动态实时轨道/钟差CNES SSR改正信息天线改正igs14.atx潮汐改正考虑固体潮㊁海洋负荷潮和极潮改正天顶对流程延迟UNB3模型提供干延迟和湿延迟先验值,估计湿延迟,采用GMF投影函数模糊度浮点解接收机坐标参数估计接收机钟差白噪声图5展示了RT PPP数据处理方案流程,具体方案如下:①基于解码软件,基于RTCM协议实现实时观测数据㊁广播星历和实时轨道/钟差数据流解码,并以共享内存的形式实现数据和产品的存储㊂②SSR信息由实时分析中心在接收到实时数据后解算得到,到达用户端时一般会有一定的时延,因此需同步缓冲观测数据和卫星产品㊂③观测数据质量控制是实时高精度位置解算的保障,基于观测值连续性进行粗差探测,接收机钟跳探测和修复㊂④基于RTCM标准10403.2,实现SSR产品恢复,采用卡尔曼滤波参数估计算法实现地面站点的三维坐标信息㊁接收机钟差和天顶对流层估计㊂图5㊀RT PPP数据处理方案流程Fig.5㊀Flowchart of RT PPP data processing3.2㊀PPP分析对选取的18个MGEX测站分别进行单天RT PPP解算,并统计其10d(DOY80~89)平均定位精度,图6给出了PPP的试验结果㊂(a)GPS RT PPP(b)BDS2+3RT PPP(c)BDS3RT PPP(d)GPS㊁BDS RT PPP图6㊀RT PPP精度统计Fig.6㊀RT PPP accuracy statistics㊀㊀对测站定位结果进行统计,统计18个测站E㊁N㊁U㊁3D定位偏差的RMS平均值,统计结果如表3所示㊂表3㊀RT PPP精度统计Tab.3㊀RT PPP accuracy statistics单位:cm 系统标识E N U3DBDS3 3.67 2.67 4.64 6.59BDS2+3 3.31 2.49 4.52 6.21GPS 2.44 1.68 4.00 5.01可以看出,BDS三维定位精度约为6cm,GPS 三维定位精度约为5cm,BDS定位精度略逊于GPS㊂BDS2卫星的加入,提升了BDS的定位精度, E㊁N㊁U三方向分别为9.9%㊁6.7%㊁2.6%,3D定位精度提升5.8%㊂为进一步对比分析BDS3与BDS2+3在不同区域的PPP性能,表4中分别统计了所有测站共10d PPP试验的单天解在E㊁N㊁U方向的RMS均值㊁最大值与最小值㊂统计结果表明,BDS2+3相比于BDS3,其E㊁N㊁U方向定位精度在亚太区域分别提升了16.2%㊁9.1%㊁1.8%,在其他区域分别提升了4.5%㊁5.0%㊁2.1%,表明BDS2卫星的加入,在亚太区域BDS定位性能提升更为明显㊂本文以连续20个历元E㊁N㊁U方向的定位误差均小于10cm作为收敛的判定条件,分别统计18个测站RT PPP10d的平均收敛时间,结果如图7所示㊂统计结果表明,GPS PPP平均收敛速度最快,约为59min,BDS3PPP平均收敛时间约为124min, BDS2+BDS3PPP平均收敛时间约为99min,BDS2卫星的加入,使收敛速度提升了20.2%㊂表4㊀BDS RT PPP精度统计Tab.4㊀Accuracy statistics of BDS RT PPP单位:cm区域测站E BD3/BDS2+3N BD3/BDS2+3U BD3/BDS2+3最小值最大值均值最小值最大值均值最小值最大值均值亚太区域CIBG 2.69/1.91 4.58/3.88 3.60/2.97 1.35/1.33 3.04/1.79 2.14/1.57 3.91/4.21 5.44/5.08 4.58/4.67 GAMG 2.52/1.95 4.63/3.44 3.43/2.52 1.69/1.16 3.41/2.55 2.45/1.98 3.86/3.78 6.52/5.06 5.03/4.58 IISC 2.66/2.13 5.84/5.25 4.13/3.68 1.80/1.27 3.08/2.79 2.28/2.09 3.80/3.84 5.50/5.18 4.58/4.52 JFNG 2.68/1.99 4.61/3.61 3.55/2.86 1.50/1.14 2.79/2.45 2.27/1.87 4.18/3.76 5.43/5.46 4.78/4.61 NNOR 2.91/2.69 4.18/3.79 3.56/3.26 2.12/2.14 3.61/3.49 2.67/2.56 3.23/3.19 5.20/5.27 4.44/4.25 STR2 1.70/1.66 3.41/3.88 2.56/2.52 2.38/1.86 3.26/3.40 2.74/2.57 3.55/3.54 4.95/5.00 4.48/4.28 ULAB 3.13/2.22 4.07/4.29 3.64/3.02 1.71/1.67 3.95/3.37 2.65/2.51 3.84/3.98 5.09/5.23 4.37/4.41 URUM 3.05/2.40 5.23/4.44 4.14/3.28 2.25/1.80 3.24/3.00 2.68/2.64 3.63/3.88 5.40/5.42 4.46/4.47 USUD 2.02/2.05 4.46/3.48 3.40/2.71 1.76/1.93 3.67/3.76 2.42/2.49 3.64/4.24 6.00/5.59 4.71/4.91其他地区BOGT 3.11/3.04 5.50/5.87 3.99/3.95 1.58/2.11 4.18/4.12 2.73/2.68 3.64/3.96 5.57/5.83 4.50/4.78 BREW 2.58/2.45 4.49/4.48 3.41/3.41 2.37/2.11 3.60/4.17 2.93/2.86 2.96/4.11 5.47/5.08 4.52/4.59 PARC 2.55/2.59 4.90/5.19 3.76/3.90 2.26/2.22 4.36/4.69 3.48/3.47 3.88/3.79 5.12/5.02 4.52/4.50 POVE 3.74/3.457.93/5.24 5.38/4.18 2.57/1.42 3.83/3.78 3.02/2.76 4.12/3.56 5.99/5.12 4.80/4.31 PTBB 2.78/2.12 5.93/5.05 3.84/3.18 1.90/1.63 3.05/3.12 2.54/2.49 3.41/3.80 5.10/4.45 4.28/4.26 STJ3 1.49/1.98 4.89/4.23 3.50/3.29 2.06/1.99 4.65/4.04 3.10/2.90 2.93/3.36 5.10/5.49 4.39/4.23 SUTM 2.44/3.25 5.06/4.89 3.28/3.90 2.05/2.10 4.25/4.99 2.91/2.79 4.06/3.717.48/5.23 4.99/4.47 YKRO 2.70/1.89 4.48/4.97 3.42/3.36 1.89/1.91 3.53/2.76 2.48/2.25 4.84/4.66 5.71/6.04 5.31/5.29 ZAMB 2.50/2.65 4.75/6.69 3.58/3.46 2.04/1.42 3.46/3.09 2.65/2.35 3.72/4.00 5.51/5.44 4.57/4.59图7㊀MGEX站RT PPP收敛时间Fig.7㊀Convergence time of RT PPP for MGEXstations4㊀结论本文采用GFZ事后精密轨道与钟差产品为参考对CNES实时轨道与钟差进行了精度分析,然后基于CNES实时轨道和钟差,对18个MGEX地面站进行了RT PPP定位测试,得出如下结论:①CNES实时轨道与钟差分析表明,BDS实时轨道与钟差的精度均低于GPS;RT PPP的定位收敛时间方面,BDS的收敛时间显著大于GPS,这与其实时产品,尤其是钟差RMS有关㊂但在RT PPP收敛后BDS与GPS定位性能相当,这是由于BDS系统卫星数量多于GPS,更多的卫星数量能构建更优的几何结构,能有效保证定位精度㊂②对比BDS2+3与BDS3的RT PPP性能可发现,RT PPP中加入BDS2卫星可提升BDS3的定位性能5.8%,缩短收敛时间20.2%,在亚太区域的定位性能提升更为显著,表明BDS2仍处于可靠的服务期,其对BDS系统的服务性能存在显著的增益能力㊂因此,融合BDS2的BDS卫星导航系统能更好地为亚太区域定位用户提供更高精度的性能服务㊂参考文献[1]㊀KOUBA J,HÉROUX P.Precise Point Positioning UsingIGS Orbit and Clock Products[J].GPS Solutions,2001,5(2):12-28.[2]㊀ZUMBERGE J F,HEFLIN M B,JEFFERSON D C,etal.Precise Point Positioning for the Efficient and RobustAnalysis of GPS Data from Large Networks[J].Journal ofGeophysical Research:Solid 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