卫星精密定轨的三频观测量IF组合法
发布时间：2021-03-02 19:14
随着全球卫星导航系统的发展,GNSS卫星发播多频观测量已成必然趋势。然而,目前IGS分析中心依然使用双频观测量的策略进行轨道、钟差等产品的解算,并没有顾及额外频点观测量对定轨产品带来的效益。本文使用两个双频无电离层组合（IF）作为观测模型,研究第三频点观测量对轨道、钟差及测站位置精度的改善。在观测方程中将卫星端的相位偏差分成时变和时不变分量,通过对两个IF组合的观测方程进行参数重组,推导了与IGS钟差产品基准一致的满秩观测模型。基于超宽巷、宽巷和窄巷双差模糊度构建策略,给出了三频观测量的模糊度固定方法。首先以12颗GPS Block IIF卫星为例,在两种测站布局情况下进行L1/L2 IF双频定轨（S1）、L1/L5 IF双频定轨（S2）、L1/L2和L1/L5两个IF组合的三频定轨（S3）试验。结果表明S3方案最优,测站均匀、不均匀情况下轨道结果S3相较S1分别改善10%以内、10%左右,钟差的RMS略有改善,STD分别改善6.4%、10.0%,而S3相较S2的改善幅度更小,改善百分比基本在5%以内。随后进行了BDS单系统定轨,并使用激光检核轨道,表明三频定轨较B1/B3定轨结果改善...
【文章来源】：测绘学报. 2020,49(10)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
每个弧段轨道RMS(全球均匀)
图2 每个弧段轨道RMS(全球均匀)图4—图5分别为两种测站布局下每个定轨弧段钟差比较结果的RMS和STD。结合表1和表2可知,加入额外频点的观测量后,钟差的RMS和STD均有提升,固定解下测站均匀分布时,S3方案钟差的RMS和STD相较S1提升3.7、2.5 ps,提升百分比分别为1.9%、6.4%,测站不均匀情况则提升分别为12.2、15.1 ps,提升百分比分别为1.3%、8.6%,STD较RMS提升更为显著。S3方案相比S2的结果在全球均匀分布时基本相当,全球不均匀情况钟差STD改善了5.1%。需要注意S2方案的钟差结果进行了基准转换。图中可见有部分弧段S3的结果稍微更差的情况,如测站不均匀分布的DOY 103。有可能的原因是使用三频观测量组建观测模型时的误差没有较好模型化,如部分测站可能存在较大量级的时变偏差,而本文忽略了测站时变偏差影响。由上文分析知,当使用三频观测量定轨时,如果测站或卫星端的时变偏差量级较大,观测模型需顾及该偏差项的影响,而对于双频观测量的定轨该偏差项会被其他参数吸收,不会对定轨结果产生影响[29]。另外一个原因可能是在L5频点中缺少对应的PCO和PCV产品,使用L2频点的PCO与PCV产品代替,从而导致部分结果更差。
考虑到GPS卫星各项误差模型精化完善,轨道等精密产品精度较高,选取12颗GPS Block ⅡF卫星的L1/L2/L5三频观测数据进行精密定轨试验。数据时段为2019年4月4日—2019年4月18日共15 d,测站来自IGS MGEX地面网,数据采样间隔30 s。试验选取两种测站布局进行分析,评定三频观测量带来的收益。图1绘制了两种测站分布图,测站数量分别为104和48个,其中五角形为不均匀测站布局,在欧洲和亚太区域较为密集。定轨弧长为1 d,数据使用间隔300 s。力模型信息包括:地球重力场模型为EGM2008,太阳光压模型为ECOM 5参数模型,N体引力模型为JPL DE405,并顾及地球辐射压、潮汐力等。卫星和测站的天线相位中心误差使用igs14.atx文件改正,其中由于L5频点没有对应的天线相位中心偏差(phase center offset,PCO)和变化(phase center variation,PCV)值,使用L2频点数值代替。卫星钟差和接收机钟差当作历元参数,随机模型为白噪声。电离层延迟使用双频组合消去一阶项误差,二阶及以上误差不予考虑。地球自转参数使用IERS C04产品。精密定轨试验共包含3个方案,方案1为L1/L2 IF组合双频定轨(S1),方案2为L1/L5 IF组合双频定轨(S2),方案3为L1/L2和L1/L5两个IF组合的三频定轨(S3)。每个方案均得到模糊度浮点解和固定解结果。精密定轨软件是在西安测绘研究所研制的卫星精密定位与定轨系统SPODS下改编的[26]。需要指出,对于S2定轨方案,由于L1/L5组合的钟差基准与IGS产品得到的钟差基准不一致,需要进行基准统一。由于S3定轨的方案可以生成卫星端的相位时变偏差产品, 利用该产品对S2方案得到的钟差校准到IGS钟差基准中。但该策略得到的S2钟差产品精度同时受到相位时变偏差产品精度的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Results and Analyses of BDS Precise Orbit Determination with the Enhancement of Fengyun-3C[J]. Tian ZENG,Lifen SUI,Xiaolin JIA,Guofeng JI,Qinghua ZHANG. Journal of Geodesy and Geoinformation Science. 2019(03)
[2]北斗三频精密单点定位模型比较及定位性能分析[J]. 张小红,柳根,郭斐,李昕. 武汉大学学报(信息科学版). 2018(12)
[3]SPODS软件GPS/GNSS网解的模糊度解算方法[J]. 阮仁桂. 测绘学报. 2015(02)
本文编号：3059796
【文章来源】：测绘学报. 2020,49(10)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
每个弧段轨道RMS(全球均匀)
图2 每个弧段轨道RMS(全球均匀)图4—图5分别为两种测站布局下每个定轨弧段钟差比较结果的RMS和STD。结合表1和表2可知,加入额外频点的观测量后,钟差的RMS和STD均有提升,固定解下测站均匀分布时,S3方案钟差的RMS和STD相较S1提升3.7、2.5 ps,提升百分比分别为1.9%、6.4%,测站不均匀情况则提升分别为12.2、15.1 ps,提升百分比分别为1.3%、8.6%,STD较RMS提升更为显著。S3方案相比S2的结果在全球均匀分布时基本相当,全球不均匀情况钟差STD改善了5.1%。需要注意S2方案的钟差结果进行了基准转换。图中可见有部分弧段S3的结果稍微更差的情况,如测站不均匀分布的DOY 103。有可能的原因是使用三频观测量组建观测模型时的误差没有较好模型化,如部分测站可能存在较大量级的时变偏差,而本文忽略了测站时变偏差影响。由上文分析知,当使用三频观测量定轨时,如果测站或卫星端的时变偏差量级较大,观测模型需顾及该偏差项的影响,而对于双频观测量的定轨该偏差项会被其他参数吸收,不会对定轨结果产生影响[29]。另外一个原因可能是在L5频点中缺少对应的PCO和PCV产品,使用L2频点的PCO与PCV产品代替,从而导致部分结果更差。
考虑到GPS卫星各项误差模型精化完善,轨道等精密产品精度较高,选取12颗GPS Block ⅡF卫星的L1/L2/L5三频观测数据进行精密定轨试验。数据时段为2019年4月4日—2019年4月18日共15 d,测站来自IGS MGEX地面网,数据采样间隔30 s。试验选取两种测站布局进行分析,评定三频观测量带来的收益。图1绘制了两种测站分布图,测站数量分别为104和48个,其中五角形为不均匀测站布局,在欧洲和亚太区域较为密集。定轨弧长为1 d,数据使用间隔300 s。力模型信息包括:地球重力场模型为EGM2008,太阳光压模型为ECOM 5参数模型,N体引力模型为JPL DE405,并顾及地球辐射压、潮汐力等。卫星和测站的天线相位中心误差使用igs14.atx文件改正,其中由于L5频点没有对应的天线相位中心偏差(phase center offset,PCO)和变化(phase center variation,PCV)值,使用L2频点数值代替。卫星钟差和接收机钟差当作历元参数,随机模型为白噪声。电离层延迟使用双频组合消去一阶项误差,二阶及以上误差不予考虑。地球自转参数使用IERS C04产品。精密定轨试验共包含3个方案,方案1为L1/L2 IF组合双频定轨(S1),方案2为L1/L5 IF组合双频定轨(S2),方案3为L1/L2和L1/L5两个IF组合的三频定轨(S3)。每个方案均得到模糊度浮点解和固定解结果。精密定轨软件是在西安测绘研究所研制的卫星精密定位与定轨系统SPODS下改编的[26]。需要指出,对于S2定轨方案,由于L1/L5组合的钟差基准与IGS产品得到的钟差基准不一致,需要进行基准统一。由于S3定轨的方案可以生成卫星端的相位时变偏差产品, 利用该产品对S2方案得到的钟差校准到IGS钟差基准中。但该策略得到的S2钟差产品精度同时受到相位时变偏差产品精度的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Results and Analyses of BDS Precise Orbit Determination with the Enhancement of Fengyun-3C[J]. Tian ZENG,Lifen SUI,Xiaolin JIA,Guofeng JI,Qinghua ZHANG. Journal of Geodesy and Geoinformation Science. 2019(03)
[2]北斗三频精密单点定位模型比较及定位性能分析[J]. 张小红,柳根,郭斐,李昕. 武汉大学学报(信息科学版). 2018(12)
[3]SPODS软件GPS/GNSS网解的模糊度解算方法[J]. 阮仁桂. 测绘学报. 2015(02)
本文编号：3059796
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dizhicehuilunwen/3059796.html
