基于区域对流层延迟模型的精密单点定位方法

发布时间：2020-06-13 19:24

【摘要】：精密单点定位(precise point positioning,PPP)技术凭借其精度高、作业方便、不受基线长度限制等特点,自提出以来就备受关注。目前,PPP技术已经能够实现厘米级的定位精度,但却需要较长的收敛时间。对流层延迟作为卫星导航定位的主要误差源,是影响PPP定位性能的一个重要因素。随着国内外参考站网的不断建设与发展,利用区域参考站的观测数据为区域内的用户提供相关的增强信息,继而提高GNSS高精度定位的性能,已成为卫星导航领域的研究热点。基于此,本文利用球冠谐分析方法建立区域对流层延迟模型,为PPP用户提供精确的对流层延迟改正信息,从而避免估计对流层延迟失准的影响。与标准的PPP方法相比,该方法提高了PPP定位解算的收敛速度,使得PPP能够更加适应高精度导航的实时性要求。根据课题研究目标,本文完成了以下的研究工作:(1)介绍了标准PPP技术的原理与实现方法,并分析了几种常用的函数模型和数学模型,研究了PPP中涉及的多种误差的处理方法以及模型实现的参数估计方法。在此基础上,研究了基于区域对流层延迟模型改正时,GPS精密单点定位中各种误差处理方法以及滤波器的设计方法。(2)阐述了大气结构特征,分析了大气延迟误差对GNSS信号观测精度的影响。对GNSS导航定位数据处理中几种常用的对流层延迟处理方法进行了对比分析,详细介绍了PPP提取天顶对流层延迟(Zenith Tropospheric Delay,ZTD)的估计方法,同时通过实验数据分析了PPP提取对流层延迟的估计结果及其对定位性能的影响。(3)将球冠谐分析方法引入到区域对流层延迟的模型构建中,研究和推导了球冠谐函数的求解方法及性质。在此基础上,利用PPP估计的ZTD作为观测值,建立了基于球冠谐分析方法的区域对流层延迟模型,在不需要实测气象参数的情况下,计算区域内任意地点的对流层延迟信息。本文对所建模型的对流层延迟计算结果进行了精度分析,与IGS提供的ZTD产品相比,该模型的内符合RMS为1cm,外符合的RMS为2.6cm,这表明利用球冠谐分析方法建立的区域对流层延迟模型能够获得比较精确的对流层延迟信息。(4)提出了利用区域对流层延迟模型为区域内的PPP用户提供对流层延迟增强信息。通过收集多个IGS站点的数据对基于区域对流层延迟模型改正的PPP方法进行验证,并和标准PPP方法进行对比分析。实验结果表明,在定位解算初期,基于区域对流层延迟模型PPP方法的位置解算结果误差幅值相对较小,收敛后,两种模型的定位精度相当。在收敛速度方面,相比标准PPP,基于区域对流层延迟模型改正的PPP方法的收敛速度显著提高,其中天顶方向的收敛速度提高了16.7%,水平方向的收敛速度提高了7.1%。实验结果证明基于区域对流层延迟模型的PPP方法在提升高精度定位性能方面的有效性。
【图文】：

示意图,示意图,大气质量,大气压力

氮气、氧气、二氧化碳、臭氧以及水蒸气等。由于地球重力在垂直方向上大致呈指数分布，气体的密度也会随着距离地气层中，75%左右的大气质量分布在距离地面 10km 以内的在距离地面 30km 的范围内。其中，氮气是大气中的主要成5%，另有 23%左右的大气质量为氧气，而二氧化碳和臭氧的以及人类活动等因素发生变化。一般来说，空气中的水蒸汽以内的区域，由于受多种因素的影响，，水蒸气的分布与含量SS 卫星信号而言，水汽的含量会的信号的传播带来较大的层熟的大气理论研究结果表明，大气压力、温度、湿度和气体拔的升高而发生变化，一般来说，大气压力会随着海拔的为范围内随高程的上升而递减[45]，气体的分布和电磁特性等呈现出不同的变化。鉴于大气参数随距离地面高度的变化规征理论。根据大气的热状态条件，将大气沿垂直地表方向分

曲线,不准确,估计值,收敛时间

35图 3.4 基于 PPP 估计的 ZTD 与 IGS ZTD 比较OY69 利用 PPP 提取的 ZTD 估计值和 IGS 提供的 ZTPP-ZTD 表示基于 PPP 中的 ZTD 估计值，蓝色曲线品。可以看出，PPP 方法中估计出的 ZTD 与 IGS 发布变化趋势基本一致，大部分偏差小于 1cm。但是与以明显的看到，PPP 中估计的 ZTD 在滤波初期的幅先验值不准确，需要经过一段初始化时间才能收敛到层延迟改正精度的影响，尤其是天顶方向的位置量和因此在初始历元对流层延迟改正信息的不准确直接导收敛时间。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN967.1

【参考文献】