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北斗星基增强分米级定位与multi-GNSS实时单频精密单点定位研究
王阿昊     
中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院, 北京 100083
Research on BDS satellite-based augmentation system decimeter-level positioning and multi-GNSS real-time single-frequency precise point positioning
WANG Ahao     
China University of Mining and Technology-Beijing, Beijing 100083, China

北斗广域差分星基增强系统(satellite-based augmentation system,SBAS)提出的四重差分改正数(卫星轨道改正数、等效钟差改正数、实时格网电离层改正数和分区综合改正数)结合精密单点定位(precise point positioning,PPP)技术可实现实时快速分米级定位。为提高北斗SBAS PPP的服务性能,论文围绕多系统融合数据处理、分区切换算法、3种实时单频PPP模型和4种电离层模型展开研究。主要研究内容如下。

(1) 全面评估了北斗二号SBAS PPP在中国区域的定位性能。双频无电离层组合Ionosphere-Free(IF)模型的静态和动态定位精度分别优于0.18、0.2 m,单频定位中,半和法GRAPHIC模型和附加实时格网电离层约束法Ionosphere-Weighted(IW)模型的定位精度基本相当,静态和动态模式下分别优于0.22、0.4 m。双频动态定位的3D误差可在20 min内收敛至0.5 m,单频定位中IW模型的收敛速度明显优于GRAPHIC模型。

(2) 首次将GPS引入分区综合改正数的计算与定位,提出了北斗/GPS组合SBAS PPP模型。该模型在动态定位中的收敛速度较北斗单系统有大幅度提高,收敛后定位精度在水平和高程方向分别优于0.05、0.15 m。随着分区综合改正数服务半径或播发时延的增加,定位精度和收敛速度均略有下降。相比于北斗1000 km的服务半径,双系统组合定位在1800 km范围内仍能达到实时动态分米级定位。

(3) 介绍了分区切换的概念及其对北斗SBAS PPP动态定位的影响,提出了一种适用于分区切换的北斗SBAS PPP统一定位模型。研究发现相邻分区的分区综合改正数历元间变化量存在高度相关性,采用静态和车载动态实测数据验证了论文算法的有效性,其分区切换后的3D误差不超过0.45 m,完全满足实时动态分米级定位要求。

(4) 研究了IGS CLK93实时产品的质量。以GBM事后精密星历为参考,GPS和Galileo卫星的实时轨道RMS误差优于4.5 cm,钟差STD误差0.1 ns,GLONASS和BDS卫星的轨道精度明显较低,钟差精度分别为0.2、0.3 ns。以CODE事后GIM(global ionospheric map)为参考,CLK93实时电离层产品的STEC精度约3.4 TECU。

(5) 详细推导了3种multi-GNSS实时单频PPP模型,分析了其在动态定位中的性能差异。IW、GRAPHIC和标准消电离层Ionosphere-Corrected(IC)模型的定位精度依次递减,与IC和GRAPHIC模型相比,IW模型的收敛速度可提高26%,其伪距/相位观测值残差也最小。相比于GPS单系统,GPS+GLONASS+BDS-2+Galileo的定位精度明显更高,其水平和高程方向分别优于0.3、0.5 m,平均收敛时间可缩短30%以上。

(6) 研究了4种电离层模型在中国区域对multi-GNSS单频SPP/PPP的影响。单频SPP中,GIM、BDS实时格网和BDS/GPS-Klobuchar模型的定位精度依次递减,BDS-Klobuchar在高程和夜间的定位精度明显优于GPS-Klobuchar,GPS+GLONASS+BDS-2+3在中国区域的3D定位精度优于1.0 m。单频静态PPP中,三系统组合定位可在15 min内收敛至0.5 m,收敛后定位精度优于5 cm;附加不同电离层约束的IW模型的收敛速度均优于GRAPHIC模型,其提高程度与电离层模型精度存在正相关。


http://dx.doi.org/10.11947/j.AGCS.2023.20210477
中国科学技术协会主管、中国测绘地理信息学会主办。
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王阿昊
WANG Ahao
北斗星基增强分米级定位与multi-GNSS实时单频精密单点定位研究
Research on BDS satellite-based augmentation system decimeter-level positioning and multi-GNSS real-time single-frequency precise point positioning
测绘学报,2023,52(4):690-690
Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2023, 52(4): 690-690
http://dx.doi.org/10.11947/j.AGCS.2023.20210477

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收稿日期:2021-08-19

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