多模GNSS精密单点定位精度分析与比较

发布时间：2020-05-21 20:09

【摘要】：精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)技术采用单测站GNSS接收机观测伪距观测值和载波相位观测值,利用相关机构提供的高精度卫星星历、卫星轨道和钟差产品等,并通过模型改正或参数估计的方法精细考虑与卫星端、接收机端以及信号传播过程中有关误差对定位的影响,来解算测站在ITRF框架下的位置坐标、接收机钟差、对流层延迟等参数。该技术具有精度高、作业灵活、不受基线长度限制等优点。PPP技术采用非差观测模型,与相对定位的双差模型相比,PPP技术在大范围的移动测量(如地面移动测绘、无人机测图、无人驾驶、航空摄影测量、海洋测量、低轨卫星精密定轨)、大规模网快速解算、精密授时、大气科学和地球动力学等很多方面有独特的应用价值。目前,GPS单系统PPP技术已经较为成熟,多系统PPP也开展了大量的研究工作,随着卫星导航定位系统的建设与发展,多模多频GNSS精密单点定位已成为卫星导航定位领域的前沿热点研究方向。然而,多模多频组合在带来机遇的同时,也给人们带来了很多挑战,鉴于此,本文围绕多模GNSS精密单点定位开展了相关研究,主要研究工作和结论如下:(1)在GPS PPP定位模型的基础上,分别推导双系统、三系统和四系统组合模式GNSS PPP定位模型。对4种参数估计方法(最小二乘估计、标准卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波和前后向组合扩展卡尔曼滤波)进行讨论;研究GNSS PPP误差改正模型;阐述GNSS数据质量分析理论与控制方法。(2)采用多种GNSS数据质量检核软件(TEQC/RTKLIB/Anubis),分别对MGEX站和实测的不同遮挡观测环境下的观测数据进行质量检核,分析在多种不同观测环境情况下GNSS观测数据的质量情况,研究工作对于CORS站选址、GNSS数据质量检测等方面具有实际参考价值。(3)分析不同解算策略对精密单点定位性能的影响,总结出GNSS PPP处理策略的适用方法。(4)利用MGEX分析中心提供的多系统GNSS精密轨道和钟差产品等进行多模GNSS静态/动态精密单点定位试验。静态定位方面,GRCE组合在很短的时间内可以得到相对比较高的定位精度,在15min左右E,N,U的3个方向的静态解RMS值分别为7cm,3cm,8cm,30min静态解均能达到2cm。动态定位方面,当截止高度角为40°时,GPS单系统难以满足定位服务的需求,GRCE组合的E、N方向较GC组合改善有限,但高程方面改善显著,平均改善率大约可达25%,尽管E、N方向较GC组合改善不明显,但水平方向定位精度最优可达5cm,高程方向最优可达11cm。(5)对BDS/QZSS卫星导航系统定位性能进行评估,BDS+QZSS组合的静态PPP在E、N和U三个方向的定位精度较BDS单系统均有所提升。当截止高度角为7°、15°和30°时,U方向定位精度提高大约25%~34%,E和N方向定位精度分别提高大约10%~13%和23%~34%。当截止高度角为40°时,U方向上,BDS+QZSS组合系统比BDS单系统在低高度角(7°和15°)情形下改善尤为明显,定位精度提高大约30%以上;动态PPP方面,BDS+QZSS组合的动态PPP定位精度、可用性和可靠性较BDS单系统均有提升,特别在高度角较大时(30°和40°),E和N方向定位精度改善率大约10%~50%,U方向定位精度改善率可达50%以上。未来随着日本QZSS系统卫星建设的完善以及中国BDS系统卫星的全球组网,在城市、山区、建筑物密集区和遮挡严重等区域,QZSS系统卫星将对改善GNSS系统的定位精度、可靠性、可用性和稳定性等方面发挥很大作用。(6)分析不同遮挡观测环境下多模GNSS PPP定位性能,在不同遮挡观测环境下,观测时间内GPS单系统静态PPP可用率大约30~85%,GRCE组合历元可用率大约85~98%,可用历元较GPS单系统提高大约8~170%,GRCE组合E、N、U三方向定位精度较GPS单系统分别改善大约10~95%、6~85%、2~95%。复杂环境下多系统GNSS PPP对于提高定位精度、收敛时间、定位稳定性和可靠性等方面具有较好的应用价值。
【图文】：

流程图,技术路线,流程图

技术路线流程图

卫星,产品,单点定位,数据质量分析

第 3 章 GNSS 数据质量分析理论与控制方法（differential Code Biases，DCB），使用单频观测值精密单点定位或者非 P1P2类型接收机精密单点定位时，需要考虑硬件延迟偏差的影响。目前，在 IGS 站上欧洲定轨中心（CODE）提供了每个月的 GNSS 卫星和接收机硬件延迟偏差产品。图 3.1 为 CODE 提供的 2018 年 1 月 GPS 和 GLONASS 卫星 DCB 产品（图3.1（a）为 P1P2，图 3.1（b）为 P1C1，，图 3.1（c）为 P2C2）。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P228.4

【参考文献】