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测绘科学技术学报 2018年第5期35卷 467-471,476页

作者：宋保丰郝金明汪平焦博师一帅信息工程大学 92899部队

非差模糊度固定能够有效提高精密单点定位(PPP)的定位精度和收敛速度,是国内外卫星导航定位领域的研究热点。基于整数钟实现了PPP非差模糊度固定,在非差模糊度逐级固定中分别估计接收机宽巷偏差和窄巷偏差;对宽巷和窄巷模糊度进行改正,... 详细信息

非差模糊度固定能够有效提高精密单点定位(PPP)的定位精度和收敛速度,是国内外卫星导航定位领域的研究热点。基于整数钟实现了PPP非差模糊度固定,在非差模糊度逐级固定中分别估计接收机宽巷偏差和窄巷偏差;对宽巷和窄巷模糊度进行改正,从而消除了接收机硬件延迟对模糊度的影响;同时采用取整成功率检验和ratio值检验,保证模糊度固定的可靠性。将以上方法应用到动态精密单点定位中,实验结果表明:仿动态条件下,模糊度正确固定后,东、北向定位精度达到mm级、天向定位精度优于5 cm;动态解算条件下,采用1 s采样间隔数据16 min左右即可实现模糊度的首次固定。PPP固定解在东、北、天3个方向的定位精度分别为1.5、2.7和1.3 cm,相比于浮点解分别提升了61%、40%和38%。

关键词：整数钟非差模糊度固定精密单点定位质量控制

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北斗二、三号卫星整数钟实时估计及其定位验证

北斗二、三号卫星整数钟实时估计及其定位验证

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作者：兀琼武汉大学

学位级别：硕士

北斗卫星导航系统是我国自主研制的全球卫星导航系统,随着系统建设不断完善,北斗三号卫星系统将于2020年全面建成,这标志着我国北斗系统将从区域卫星导航系统完全过渡为全球卫星导航系统。而随着北斗系统的可观测卫星数、信号类型及基... 详细信息

北斗卫星导航系统是我国自主研制的全球卫星导航系统,随着系统建设不断完善,北斗三号卫星系统将于2020年全面建成,这标志着我国北斗系统将从区域卫星导航系统完全过渡为全球卫星导航系统。而随着北斗系统的可观测卫星数、信号类型及基准站数量的不断增多,意味着具有更好的卫星空间构形、丰富的观测值信息及多样的接收机类型,这对基于北斗卫星的精密数据处理性能也提出了一些新的要求。本文围绕提升北斗系统的定位性能这一目标,重点分析了北斗二号、三号卫星系统的观测值特性,在此基础上建立了关于北斗三号卫星的伪距偏差模型;此外,考虑到北斗二号、三号卫星在接收机端存在着硬件延迟偏差,提出采用不同的处理策略,并将上述研究内容应用到实时卫星钟差估计中去;最后,基于实时轨道钟差产品进行不同区域、不同组合方式、不同定位模式的北斗实时精密定位性能分析,本文的主要研究内容及贡献如下:1)通过全球跟踪站网、不同类型接收机实测数据对北斗卫星系统中的伪距观测值特性展开进行研究,重点分析了北斗二号、三号卫星之间的观测值特性及其差异。在此基础上,首次建立了北斗三号卫星原始频率观测值中与接收机类型相关的伪距偏差改正模型,并提出顾及北斗二号、三号卫星之间系统性偏差的数据处理方法。并通过设计不同的卫星钟差估计方案验证了文中提出模型及方法的有效性。首先,当改正本文提出的伪距偏差改正模型后,BDS-3卫星的钟差估计精度提升了约70.3%。其次,考虑到BDS-2、BDS-3卫星之间的系统性偏差项后进行估计,钟差精度平均提升了14.0%左右。2)基于“整数钟”的模糊度固定方法,利用事后仿实时模式进行北斗卫星钟差估计,并从UPD稳定性、一致性、模糊度固定成功率及卫星精度等方面对基于不同策略的实验结果进行了细致分析。实验结果表明,在UPD一致性方面,BDS-2,BDS-3卫星之间的系统性偏差会严重破坏估计UPD数值的一致性,考虑该误差项影响后,估计所得UPD的一致性程度更高。在模糊度固定率方面,当应用文中提出的伪距偏差改正模型后,能提高宽巷模糊度的固定成功率,提升比例约为5.0%.0%。此外,考虑到BDS-2、BDS-3卫星在接收机端存在的硬件延迟偏差项,宽巷模糊度的固定成功率平均可提升26.8%。最后,在实时卫星整数钟差估计方面,实验结果表明模糊度固定能明显提高BDS卫星钟差的收敛速度及估计精度。其中,对于C21卫星,在前3h收敛时间段内,钟差精度可由0.527ns提升到0.432ns;对于C23及C28卫星,在前2h收敛时间段内,卫星钟差精度分别由-0.554ns提升至-0.436ns;及由-0.347ns提升至-0.184ns。在钟差精度方面,根据STD平均统计值,BDS-2、BDS-3卫星的固定解钟差精度相比于浮点解,分别可提升46.5%及25.0%。3)在前述研究的基础上,对不同组合方式、不同定位模式的动态PPP浮点解结果进行分析,实验结果表明,BDS-3卫星的加入能明显改善基于BDS卫星及GPS/BDS组合PPP的性能。在收敛时间及定位精度方面,基于BDS-3/BDS-2卫星联合的动态DFPPP/SFPPP均优于单BDS-2卫星,而在所有的组合模式中,GPS/BDS-2/BDS-3的组合系统具有最优的收敛速度与定位精度。对于DFPPP,在68%置信区间条件下,GPS/BDS-2/BDS-3相比于单GPS及GPS/BDS-2在平面和高程方向上的收敛时间分别可缩短55.0%、51.9%及31.6%、27.1%。而在定位精度方面,根据DFPPP统计结果,GPS/BDS-2/BDS-3的组合PPP在U、N、E三个方向上相比于单GPS的提升比例分别为28.6%、33.8%及36.2%,约为GPS/BDS-2提升比例的1.8倍。4)基于文中计算的“整数钟”产品实现不同组合模式的PPP模糊度固定,包括单GPS系统、基于BDS-3/BDS-2联合的北斗系统、及基于GPS/BDS-3/BDS-2组合的双系统。实验结果表明,相比于浮点解,PPP模糊度固定可以缩短收敛时间,提升定位精度。根据所有测站U,N,E平均精度统计结果,相比于浮点解,PPP固定解在E方向上的提升最为明显,约为9.1%,U方向及N方向上则分别提升约4.1%及7.9%。此外,基于多系统组合的PPP在模糊度首次固定时间及定位精度等方面均优于单系统。对于动态DFPPP,基于GPS/BDS-3/BDS-2组合PPP的平均TTFF约为82min,而BDS/BDS-3联合的PPP平均TTFF约为190min,对于单GPS卫星,所有测站的平均TTFF则约为156min。

关键词：信号畸变偏差硬件延迟偏差整数钟模糊度固定北斗实时精密定位

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多系统GNSS卫星钟差和偏差产品综合:IGS第3次重处理

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武汉大学学报(信息科学版) 2023年第7期48卷 1070-1081,F0002页

作者：耿江辉闫哲温强武汉大学卫星导航定位技术研究中心湖北武汉430079

2019年10月,国际卫星导航服务组织(international GNSS service,IGS)开始了第3次重处理(the thirddata repro-cessing campaign,repro3),对各分析中心的全球卫星导航定位系统(global navigation satellite system,GNSS)卫星钟差和偏差产品(包括伪距偏差和相位偏差)进行综合成为其重要任务之一。提出了多系统GNSS卫星钟差和偏差产品综合的模型和方法,并受IGS协调分析中心委托,对repro3发布的2000一2020年的钟差和偏差产品进行综合。通过对产品综合情况进行统计与分析,得出如下结论:各GNSS系统的综合钟差产品完整率稳定后可达到95%以上,优于多数分析中心产品;GPS和伽利略卫星导航系统(Galileo satellitenavigation system,Galileo)卫星钟差间的综合均方根误差分别达到6.13 ps和5.63ps,证明了综合方法中的各项改正模型能显著提升产品一致性;格拉茨技术大学产品参与合并的平均权重达到21.83%,其相对精度优于其他分析中心;基于相位偏差产品的钟差合并权重整体高于传统卫星钟差,稳定性和精度更优。此外,为了验证综合产品的定位性能,选取了全球均匀分布的103个测站进行精密单点定位静态解测试,结果表明:基于综合产品的GPS卫星宽巷、窄巷模糊度的平均固定率分别为90.16%和86.72%,Galileo卫星分别为97.11%和93.77%,较基于欧洲定轨中心(Centerfor Orbit Determination in Europe,COD)重处理产品的定位结果整体提升约1~5百分点;使用综合产品在东、北、天方向的平均定位精度分别为0.154、0.178、0.542cm,相比COD提升了20%~30%。IGS repro3的综合钟差和偏差产品已在IGS官方网站提供下载(https://cddis.***.gov/archive/gnss/products/repro3/)。

关键词： IGS第3次重处理钟差与偏差产品综合整数钟精密单点定位

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星间单差模糊度固定的低轨卫星精密定轨精度分析

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武汉大学学报（信息科学版） 2022年第9期47卷 1460-1469页

作者：谭涵吴家齐重庆市勘测院重庆401121 武汉大学测绘学院湖北武汉430079

高精度、高可靠性的卫星轨道是实现低轨卫星精密应用的重要前提,而模糊度固定技术是提高卫星定轨精度的关键途径。研究了基于整数钟的星间单差模糊度固定原理和方法,并利用2019年4月—5月的两颗GRACE⁃FO(gravity recovery and climate e... 详细信息

高精度、高可靠性的卫星轨道是实现低轨卫星精密应用的重要前提,而模糊度固定技术是提高卫星定轨精度的关键途径。研究了基于整数钟的星间单差模糊度固定原理和方法,并利用2019年4月—5月的两颗GRACE⁃FO(gravity recovery and climate experiment follow on)卫星数据(GRACE⁃C/D)系统评估了固定解对低轨卫星简化动力学和运动学定轨的精度提升效果。结果表明,两颗卫星简化动力学和运动学定轨的宽巷模糊度固定率均达到99%,而窄巷模糊度固定率在95%左右。对于简化动力学定轨,GRACE⁃C/D固定解轨道的重叠轨道的3D均方根误差(root mean square error,RMSE)分别从7.1 mm和7.4 mm减小到了4.2 mm和3.6 mm;卫星激光测距(satellite laser ranging,SLR)残差标准差(standard deviation,STD)分别从15.9 mm和14.4 mm降低到了10.8 mm和11.0 mm,精度提升了32%和24%;K波段测距残差RMSE从8.0 mm减小到2.9 mm,进一步表明固定解还能有效提升低轨卫星间相对位置精度。对于运动学定轨,与精密科学轨道产品互差3D RMSE,浮点解分别为37.5 mm和36.4 mm,固定解分别为27.7 mm和25.5 mm,精度提升约28%,SLR残差STD也减小了约20%。

关键词：低轨卫星精密定轨星间单差模糊度固定整数钟

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基于不同模糊度固定产品的PPP-AR定位性能评估

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大地测量与地球动力学 2024年

作者：宋开放乔书波肖国锐李明魏浩鹏肖正阳战略支援部队信息工程大学地理空间信息学院中国测绘科学研究院

基于CODE、GFZ、CNES、武汉大学PRIDE实验室和内部估计的模糊度固定产品，从收敛时间、首次固定时间以及定位精度等方面进行PPP-AR固定性能的研究。实验采用2022年40个IGS测站7 d的观测数据和各模糊度固定产品配套使用的精密产品，结果... 详细信息

基于CODE、GFZ、CNES、武汉大学PRIDE实验室和内部估计的模糊度固定产品，从收敛时间、首次固定时间以及定位精度等方面进行PPP-AR固定性能的研究。实验采用2022年40个IGS测站7 d的观测数据和各模糊度固定产品配套使用的精密产品，结果表明,在置信度为95%的静态解算模式下，5种产品在解算时间为1 h时，固定解较浮点解定位精度提升最明显，分别提升46.58%(3.4 cm)、41.10%(3.0 cm)、45.21%(3.3 cm)、34.25%(2.5 cm)和41.10%(3.0 cm)。仿动态解算模式下，5种产品E、N方向上的定位精度都能达到mm级，U方向上较浮点解精度提升较小，其中使用GBM产品的精度提升最小，E、N、U方向上分别提高72.73%(2.4 cm)、47.37%(0.9 cm)、5.41%(0.2 cm)；提升效果较好的是WUM和COM产品，分别为81.82%(2.7 cm)、63.16%(1.2 cm)、24.32%(1.1 cm)和81.82%(2.7 cm)、63.16%(1.2 cm)、15.58%(0.8 cm)。

关键词：精密单点定位模糊度固定相位小数偏差整数钟观测值偏差

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基于非差模糊度固定技术的卫星精密轨道确定

基于非差模糊度固定技术的卫星精密轨道确定

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作者：吴家齐武汉大学

学位级别：硕士

目前全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite Systems,GNSS）正朝着多频多系统集成的方向快速发展,高精度高可靠性的GNSS卫星轨道和钟差产品是扩展GNSS精密应用的重要前提。于此同时,用于科研和通讯任务的低轨星群、星座的建设... 详细信息

目前全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite Systems,GNSS）正朝着多频多系统集成的方向快速发展,高精度高可靠性的GNSS卫星轨道和钟差产品是扩展GNSS精密应用的重要前提。于此同时,用于科研和通讯任务的低轨星群、星座的建设也如火如荼,进一步提高LEO卫星的定轨精度具有重要意义。因此,卫星定轨技术的研究还需继续往精细化发展,一方面是从卫星的受摄运动进行更细致的分析,精化卫星的动力学模型;另一方面是对GNSS观测值的各项偏差和模糊度进行检校,提高观测模型的强度。目前,国际GNSS服务组织（International GNSS Service,IGS）发布的GNSS精密轨道钟差产品大部分是基于双差模糊度固定解。LEO卫星的轨道产品则依然是以浮点解为主。本文主要聚焦于通过非差模糊度固定技术来进一步提高Multi-GNSS卫星和LEO卫星的定轨精度。首先研究了利用GNSS跟踪网的数据进行Multi-GNSS的相位小数偏差（Uncalibrate Phase Bias,UPD）的估计与分离并获得非差整周模糊度的理论与方法。接下来研究了利用Carrier-range,即分离出整周模糊度的相位观测值,来进行Multi-GNSS精密定轨和估钟的数学模型,实现了基于Carrier-range的Multi-GNSS非差固定解定轨估钟,并对轨道和钟差进行精度评定。实现了基于整数钟产品的LEO卫星简化动力学法和几何法定轨,以及实时情况下的几何法定轨,并对综合平估的轨道的精度。论文的主要工作如下:（1）建立了Multi-GNSS融合UPD估计与非差模糊度固定的模型,实现了Multi-GNSS的Carrier-range观测值的生成。利用2019年DOY060-210时间段内全球分布的MGEX测站网数据,首先解算浮点解和双差固定解的定轨和估钟,利用参数估计得到的模糊度,依次估计Multi-GNSS的宽巷和窄巷UPD,同时在浮点宽巷和窄巷模糊度中分离出UPD,得到整周模糊度,最后在相位观测值上减去整周模糊度,得到Carrier-range观测值。分析了宽巷和窄巷UPD序列的稳定性以及模糊度残差分布。在计算的时间段内,GPS、Galileo和BDS-3卫星的宽巷UPD都相当稳定,STD分别为0.029、0.025和0.022周,而BDS-2卫星的宽巷UPD稳定性略差,STD为0.050周左右。可能是由于BDS-2卫星受星上多路径误差影响较大,导致伪距误差较大。对于窄巷UPD结果,GPS和Galileo的STD分别为0.017和0.018周,BDS为0.053周,可能是因为BDS卫星的定轨结果略差,导致IF组合模糊度的精度不如GPS和Galileo。此外,95%的GPS和Galileo的窄巷模糊度残差分布在0.15周,而BDS的百分比也达到了82%。（2）建立了基于Carrier-range观测值的Multi-GNSS精密定轨和估钟的观测模型,并综合评估了轨道的内符合和外符合精度。首先分析了轨道的天边界不连续误差,GPS和Galileo的非差固定解轨道天边界不连续误差相比双差固定解结果均减小了18%左右,其中在轨道切向的提升最显著,达到25%。对于BDS-2IGSO卫星,非差固定解的结果在径向、法向和径向都有30%左右提升。BDS-2和BDS-3 MEO卫星的结果类似,切向和法向的轨道精度分别提升了50%和25%左右。接下来分析了轨道与MGEX精密产品的互差结果,分别对比了CODE和WUM的轨道。GPS和Galileo的非差固定解结果在切向的精度提升了7%。BDS-2IGSO卫星在法向的精度提高了20-30%,而BDS-2和BDS-3 MEO卫星在切向和法向精度提高了10-20%。此外,SLR残差检核的结果表明,相比于双差固定解的结果,非差固定解BDS-2、BDS-3和Galileo轨道的SLR残差STD平均能够减小0.21、0.27和0.14 cm。（3）利用Carrier-range观测值实现了Multi-GNSS精密30 s整数钟的快速估计,并通过得到的整数钟产品实现Multi-GNSS静态和动态精密单点定位固定解。首先通过与WUM产品互差的STD结果评估了整数钟的稳定性,发现其稳定性与传统计算的钟差基本一致。然后分析了使用Carrier-range观测值估计Multi-GNSS精密钟差的效率提升效果,当使用134个MGEX测站分别通过原始相位观测值和Carrier-range估计G、GC、GCE和GCER系统的卫星钟差,时间可以缩短50%。利用得到的Multi-GNSS整数钟计算静态PPP,使用G、GE、GC和GREC观测值的固定解收敛速度相比于浮点解分别提升了14%、12%、18%和19%;当计算动态PPP时,G、GE、GC和GREC结果分别提升13%、3%、29%和20%。其中使用GREC四系统观测值

关键词：导航卫星精密定轨低轨卫星精密定轨非差模糊度固定 Multi-GNSS 整数钟

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