精密单点定位
精密单点定位技术的相关理论与应用
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工作组（Working Groups）
3.电离层工作组
目的：发展全球性和区域性的电离层延迟图 目前，CODE和NGS发布格式为IONEX的电离层产品。 IONEX格式示例
LATITUDE BAND COVERED MINIMUM LATITUDE (DEGREES) MAXIMUM LATITUDE (DEGREES) ADDITIONAL INFORMATION NUMBER OF CONTRIBUTING STATIONS NUMBER OF CONTRIBUTING SATELLITES ELEVATION CUT-OFF ANGLE (DEGREES) MAXIMUM TEC AND ITS RMS ERROR (TECU) COMMENT / WARNING COEFFICIENTS DEGREE ORDER VALUE (TECU) RMS (TECU) 0 0 12.96054650 0.0340 1 0 -2.68840669 0.0312 1 1 5.01878198 0.0344 1 -1 3.30707632 0.0313 2 0 -3.71365092 0.0321 2 1 -0.68308873 0.0313 2 -1 -0.38465300 0.0293 2 2 1.73454196 0.0329 : : -89.59 89.04
IGS共有7个分析中心：
CODE： 瑞士伯尔尼大学的欧洲定轨中心 (http://www.aiub.unibe.ch) NRCan：加拿大自然资源部的大地资源分局 GFZ： ESA： 德国地学中心 (http://www.gfz-postdam.de) 欧洲空间工作中心(http://nng.esoc.esa.de)
中央局（)
单频精密单点定位计算流程
单频精密单点定位计算流程1.收集观测数据：使用全球定位系统(GPS)接收机收集卫星信号，并记录下每颗卫星的伪距观测值和卫星的位置信息。
观测时长通常为几分钟到几小时。
2.解算接收机钟差：由于GPS接收机的时钟可能存在误差，需要通过解算来确定实际的时钟偏差。
这可以通过比较接收机观测到的卫星信号和卫星的真实发射时间来实现。
3.接收机位置初始化：利用至少四颗卫星的伪距观测值和已知的卫星位置信息，可以通过迭代计算来确定接收机的位置。
初始位置可以通过接收机的初始估计位置或之前的测量结果来获得。
4.卫星位置计算：利用卫星的伪距观测值和接收机的位置信息，可以通过几何关系计算每颗卫星的位置。
这是通过伪距观测方程和卫星位置方程的迭代求解来实现的。
5.修改接收机位置：计算得到的卫星位置可能存在误差，可能会导致接收机位置的不准确。
因此，需要对接收机位置进行修改，以改进计算结果。
这可以通过比较计算得到的接收机位置与卫星位置的残差来实现。
6.伪距残差计算：将计算得到的接收机位置与卫星位置代入伪距观测方程，可以计算实际观测值与预测值之间的残差。
这些残差可以用来评估定位的准确性，并作为接下来计算的参考。
7.接收机和卫星钟差修正：除了时钟误差外，卫星和接收机的时钟还可能存在其他误差。
这些误差可以通过对伪距观测值进行修正来减小。
这可以通过比较计算得到的伪距和观测伪距的差异来实现。
8.运行迭代算法：使用以上步骤得到的结果，可以运行迭代算法来不断优化接收机的位置和钟差。
这些迭代算法通常采用最小二乘法来估计未知参数，并使残差最小化。
9.位置和时钟误差估计：在迭代算法收敛后，可以使用得到的结果来估计接收机的位置和时钟误差。
这可以通过计算接收机位置和钟差的标准差来实现。
10.定位结果验证：为了验证计算得到的接收机位置的准确性，可以与其他位置测量方法进行比较。
这可以包括使用差分GPS技术或进行实地测量。
11.结果输出：最后，将精密单点定位的计算结果输出到一个文件或者实时显示在GPS接收机的显示屏上。
精密单点定位技术的应用研究
精密单点定位技术的应用研究
摘要
精密单点定位技术是一种利用多普勒效应来定位和导航的技术。
它利用一种可靠的接收机，可以在远程接收GPS系统的信号并将其转换为实时位置，从而获得精确的定位和导航信息。
它可以提供更精确的定位和导航信息，为用户提供更精确的定位结果。
本文综述了现代精密单点定位技术在多个领域的应用，这些领域包括：海洋科学/防浪应用、林业应用、军事方面的应用、航空应用以及未来的应用等。
针对这些应用，进行了技术分析和技术发展预测。
本文结合实际情况，探讨了精密单点定位技术的发展趋势，以及如何发挥其在实际应用中的最大价值。
关键词：精密单点定位；多普勒效应；海洋科学；林业；航空
Research on the Application of Precision Single Point Positioning Technology
Abstract。
GPS精密单点定位技术 PPP
5.2 I(Identification)诊断一维模型诊断
构造统计量：tk
T 1 CK VK Vk T 1 CK VK k CK 1 2
T CK 0
0 1 0
0
若������������ > ������������ (0,1 ，则表明相应观测值最可能存在异
常 若认为只有观测模型,则用残差向量来诊断
IGS 是对上述加权平均
8
3.1.1 IGS产品基准统一
卫星星历和卫星钟差共同决定PPP的基准， 而非测站点决定。
广播星历坐标（即通过n文件中参数计算） WGS-84 精密星历（SP3文件 获取） ITRF05 ITRF08
SP3文件:
clk文件:
并且，选取一个处理中心的产品，因为各个中心的处理方式和软件有所不同！
IF
4
2、1卫星信号发射时刻计算
在GPS定位计算中，需要计算卫星在信号发射时刻的位 置，根据信号的接收时刻即观测数据的记录时间，通 过迭代方式计算信号的发射时刻。 信号发射时刻ts与信号的接收时刻tr之间有下列关系：
t s tr X s (ts ) X r (tr ) c
取信号传播时间近似值为0.075s，经过迭代，当差值小 于10−7 ������时结束。 Tion _ trop 30 / (3 108 ) 1107 s 计算时忽略大气延迟，因为
[ X , Y , Z , N1 , N 2 ... N n , trop, c R ]
相应的状态噪声矩阵 状态转移矩阵
0 k 0 0
0
2 trop
0
0 1 k / k 1 0 0 2 clock 0
精密单点定位技术方法
精密单点定位技术方法首先是全球定位系统（GPS）。
GPS是一种通过接收地球上多颗卫星发射的信号来计算接收器位置的定位技术。
GPS定位系统由一组发射星位于地球轨道上的人造卫星组成，这些卫星将信号发射到地球上的GPS接收器上。
接收器接收到多颗卫星发射的信号后，可以通过测量信号传播时间和卫星位置信息进行计算，从而确定接收器的位置坐标。
其次是惯性导航系统。
惯性导航系统是一种基于惯性测量单元（IMU）的定位技术。
IMU由加速度计和陀螺仪组成，用于测量运动物体的加速度和角速度。
通过对这些测量值进行积分，可以估计出物体的位置和姿态。
惯性导航系统具有高灵敏度、高精度和不受外部环境影响等优点，广泛应用于飞行器、导弹、船舶等领域。
另外一种常用的定位技术方法是激光测距。
激光测距技术利用激光束的传播时间和光速来计算测量目标和测量器之间的距离。
激光测距仪通过发射激光束，当激光束照射到目标上时，会发生反射并返回到测距仪上。
通过测量发射和返回的激光信号的传播时间，并结合光速，可以计算出目标与测距仪之间的距离。
此外，无线定位技术也是一种常用的精密单点定位技术。
无线定位技术利用无线信号的传播特性和接收器之间的信号强度来计算接收器的位置。
无线定位技术可以利用无线基站、Wi-Fi、蓝牙等无线设备发射的信号来进行定位。
通过对接收到的信号强度进行测量和分析，可以计算出接收器所在位置的坐标。
最后是视觉定位技术。
视觉定位技术是一种利用摄像机或摄像头拍摄目标图像，并通过图像处理和计算机视觉算法来提取特征信息，进而确定目标位置的方法。
视觉定位技术可以通过目标的特征提取和匹配，计算出目标在图像上的位置坐标。
视觉定位技术具有非接触式、实时性强、适用于各种环境等优点，并广泛应用于机器人导航、无人驾驶等领域。
总结而言，精密单点定位技术是通过对目标进行连续观测和测量，从而确定目标位置的技术方法。
GPS、惯性导航系统、激光测距、无线定位技术和视觉定位技术都是常用的精密单点定位技术方法，它们在不同的领域和应用中有着各自的优势和适用性。
精密单点定位(PPP)收敛速度的研究的开题报告
精密单点定位（PPP）收敛速度的研究的开题报告一、研究背景：在航空、航天、导航等领域中，精密单点定位（PPP）技术已被广泛使用。
PPP技术是一种基于卫星导航系统（GNSS）的高精度定位方法，其定位精度可以达到数厘米级别。
但是，长时间收敛速度一直是制约PPP技术应用广泛的瓶颈之一。
虽然已有许多学者对PPP收敛速度进行了研究，但是仍然需要对PPP的收敛速度进行深入的研究，以改善PPP技术的性能和稳定性。
二、研究目的：本研究旨在研究精密单点定位技术的收敛速度，并提出相应的改进方法，以提高PPP技术的实用性和精度。
三、研究内容：1. PPP技术的原理和应用现状分析，包括PPP技术的基本概念、定位原理以及应用范围等。
2. PPP收敛速度的基本概念和计算方法研究，包括PPP信号接收时间、载波相位延迟等因素的影响，以及PPP定位参数的计算方法等方面的研究。
3. 在现有PPP技术的基础上，结合卫星导航系统几何学等相关知识，对PPP技术的收敛速度进行优化改进，提出相应的实用性解决方案。
4. 通过实验和仿真等方法，对改进方案进行验证和评估，并对PPP技术的应用前景进行探讨和展望。
四、研究意义：1. 对PPP技术的应用前景进行探讨和展望，有助于提高PPP技术的实用性和精度，增强其在各领域的应用。
2. 研究PPP技术的收敛速度，有助于解决PPP技术长时间收敛速度较慢的问题，提高PPP技术的稳定性和性能。
3. 通过本研究，可以对PPP技术的原理、应用和收敛速度等方面进行系统地研究和总结，为PPP技术的发展提供有力的支撑。
五、研究方法：1. 文献综述法：通过对PPP技术相关文献的收集和综述，确定PPP技术的原理、应用和收敛速度等方面的研究方向和方法。
2. 数学建模法：建立PPP技术的数学模型，分析PPP信号接收时间、载波相位延迟等因素的影响，探讨PPP定位参数的计算方法和收敛速度的优化改进方案。
3. 实验仿真法：通过实验和仿真等方法，验证改进方案的可行性和有效性，并对PPP技术的性能和稳定性进行评估。
精密单点定位
精密单点定位ppp精密单点定位(precise point positioning ，缩写PPP，指的是利用全球若干地面跟踪站的GPS观测数据计算出的精密卫星轨道和卫星钟差对单台GPS接收机所采集的相位和伪距观测值进行定位解算。
在卫星导航应用之中，GPS作为定位的意义越来越重要，不论是军事上还是工程等方面上，导航定位的研究依然是一个不老的研究主题。
精密单点定位更是导航定位中的一个很值得研究的问题。
PPP根本上讲属于单点定位范畴，那么单点定位又是怎样进行测量定位的呢？单点定位是利用卫星星历和一台接收机确定待定点在地固坐标系中绝对位置的方法，其优点：一台接收机单独定位，观测组织和实施方便，数据处理简单；缺点：精度主要受系统性偏差(卫星轨道、卫星钟差、大气传播延迟等)的影响，定位精度低。
应用领域：低精度导航、资源普查、军事等。
对于单点定位的几何描述，三个站星距离，作三个球面三个球面两两相交于两点，如下图所示：站星距离的测定：保持GPS卫星钟同GPS接收机钟同步；GPS卫星和接收机同时产生相同的信号；采用相关技术获得信号传播时间；GPS卫星钟和GPS接收机钟难以保持严格同步，用相关技术获得的信号传播时间含有卫星钟和接收机钟同步误差的影响。
单点定位虽然是只需要一台接收机即可，但是单点定位的结果受卫星星历误差、卫星钟差以及卫星信号传播过程中的大气延迟误差的影响较为显著，故定位精度一般较差。
PPP针对单点定位中的影响，采用了精密星历和精密卫星钟差、高精度的载波相位观测值以及较严密的数学模型的技术，如用户利用单台GPS双频双码接收机的观测数据在数千万平方公里乃至全球范围内，点位平面位置精度可达1~3cm,咼程精度可达2~4cm,实时定位的精度可达分米级。
精密单点定位的数学模型，对于伪距：—(X -X)2 (y i -Y)2 (z -Z)2 -V ion -V trop c V t S -C V t R误差方程为：V i =Ti dX —m i dY—ndz+c V t S —c V t R+(P°)i — (V i。
精密单点定位技术方法
《GPS》培训班
主讲：张小红
3 精密单点定位数学模型
传统模型
双频码观测值无电离层组合观测方程
PIF = ρ − cdT + d trop + d m /( P1+ P 2 ) + ε PIF
cf1 N1 − cf2 N 2 Φ IF = ρ − cdT + dtrop + + d m /(Φ ( L1 + L2 ) + ε Φ IF f12 − f 22
4、PPP误差改正模型
卫星姿态 卫星正常姿态 地影内姿态 用于 卫星天线相位中心偏差改正 相位缠绕改正 卫星硬件延迟 不同类型的码观测值之间 IGS发布
《GPS》培训班
主讲：张小红
4、PPP误差改正模型
电离层延迟误差（无电离层组合或 ION 产品） 对流层延迟误差 模型改正 (Saas.) 估计ZPD 估计水平梯度 接收机端硬件延迟(星间单差 / 浮点解) 接收机天线端误差 天线相位中心偏差和天线相位中心变化 (模型) 负荷潮汐 固体潮 大洋负荷潮 极潮 ...
《GPS》培训班
主讲：张小红
1 PPP技术产生的技术背景
SA关闭前后单点定位精度对比 (From the US Space Command (IGEB, 2000))
《GPS》培训班 主讲：张小红
1 PPP技术产生的技术背景
卫星轨道误差 电离层误差
对流层误差 多路径误差
相位定位中误差与距离的相关性
广域差分GPS
GPS基准站网 (数百公里或数千公里间距) 生成分类差分改正数 (轨道, 卫星钟,电离层) 用户利用差分改正数提高削弱定位误差 单机定位（用户端） 在网内不受作用距离限制 米级精度
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什么是PPP（精密单点定位）？GPS从投入使用以来，其相对定位的定位方式发展得很快，从最先的码相对定位到现在的RTK，使GPS 的定位精度不断升高。
而绝对定位即单点定位发展得相对缓慢，传统的GPS 单点定位是利用测码伪距观测值以及由广播星历所提供的卫星轨道参数和卫星钟改正数进行的。
其优点是数据采集和数据处理较为方便、自由、简单, 用户在任一时刻只需用一台GPS 接收机就能获得WGS284 坐标系中的三维坐标。
但由于伪距观测值的精度一般为数分米至数米;用广播星历所求得的卫星位置的误差可达数米至数十米, 卫星钟改正数的误差为±20 ns 左右, 只能用于导航及资源调查、勘探等一些低精度的领域中。
随着我国海洋战略的实施,海洋科研、海洋开发、海洋工程等海上活动日益增加,对定位精度的要求也呈现出多样化,如精密的海洋划界、精密海洋工程测量等,要求能够达到十几或几十厘米的定位精度,而采用伪距差分定位只能提供米级的定位精度,如果使用RTK功能,作用距离又不能达到;对于这部分定位需求,现有的定位手段无法满足要求,需要寻求新的定位方式或技术。
精密单点定位(Precise Point Positioning, PPP)技术由美国喷气推进实验室( JPL ) 的Zumberge 于1997年提出。
20世纪90年代末,由于全球GPS跟踪站的数量急剧上升,全球GPS数据处理工作量不断增加,计算时间呈指数上升。
为了解决这个问题,作为国际GPS服务组( IGS)的一个数据分析中心, JPL提出了这一方法,用于非核心GPS站的数据处理。
该技术的思路非常简单,在GPS定位中,主要的误差来源于三类,即轨道误差、卫星钟差和电离层延时。
如果采用双频接收机,
可以利用LC相位组合,消除电离层延时的影响。
如果选择地心地固系表示卫星轨道,计算的参考框架同为地心地固系,可以消去观测方程中的地球自转参数。
于是,只要给定卫星的轨道和精密钟差,采用精密的观测模型,就能像伪距一样,单站计算出接收机的精确位置、钟差、模糊度以及对流层延时参数。
根据PPP技术的要求,定位中需要系统提供卫星的精密轨道和钟差。
目前,国际GPS服务组织( IGS)的几个数据分析中心具备这个能力提供卫星的精密轨道和钟差,但是,这些都是后处理结果。
根据IGS的产品报告, IGS提供的卫星轨道精度能够达到2～3cm,卫星钟差的精度优于0. 02ns,这种精度的卫星钟差和轨道,能够满足任何精度的定位要求。
近10年,由于IGS的努力, GPS卫星预报轨道的精度已经达到十几厘米,预报轨道的时间也由24h预报缩短到3h预报,卫星轨道的精度已经能够满足一般定位的要求。
由于IGS现在不能提供实时和外推的精密卫星钟差,制约了实时PPP技术的应用;精密的卫星钟差仍然是PPP技术实时应用瓶颈,目前IGS只有后处理卫星钟差, JPL和GFZ已经有能力提供快速卫星钟差。
实时PPP网络介绍---StarFire
StarFire 是一个全球GPS差分网络，能为世界上任何位置的用户提供可靠的，史无前例的分米级定位精度。
由于广域差分GPS修正系统通过Inmarsat地球同步通信卫星作为通信链路，所以用户不用搭建本地参考站或数据后处理，就可获得很高的精度。
此外，由于采
用覆盖全球的地球同步卫星作为差分通信链路，则可以在地球表面从北纬75°到南纬75°都可获得相同的精度。
StarFire系统由GPS卫星星座，L波段通信卫星，和一个分布在世界各地的参考站网络组成，并由该系统提供实时的高精度定位信息。
为提供这一独特定位服务，StarFire搭建了一个全球双频参考站网络，这些参考站不断地接收来自GPS卫星信号。
参考站接收的信号被传
送到分别位于California，Torrance和位于Illinois，Moline的网络处
理中心，并在这两处生成差分改正信息。
上述两处网络处理中心的差分信息，通过独立的通信链路，被传送到卫星上行链路站。
这些站分别位于加拿大的Laurentides，英格兰的Goonhilly和新西兰的Aucklang。
在这些卫信上行链路站，修正信号被上传给地球同步通信卫星。
实时PPP工作流程
StarFire TM系统之所以方便地实现高精度定位，关键在于GPS 修正源。
GPS卫星在两个L波段上传输导航数据。
各个参考站都装有测量级的双频接收机。
这些参考站的接收机解码GPS信号并将高质量的双频伪距和载波相位测量数据，连同所有GPS卫星都广播的数据信息，发送回网络处理中心。
在网络处理中心，利用NavCom的专有差分处理技术，生成实时GPS卫星星座的精密轨道信息和星种改正数据。
该专有广域DGPS算法，优化了双频系统。
在双频系统中，参考站接收机和用户接收机都能使用双频电离层测量数据。
正因为在参考站和用户端都使用双频接收机，连同先进的数据处理算法，才使系统实现高精度成为可能。
计算出改正数据只是第一步。
而后需要将网络处理中心的差分改正数据传送致陆地地球站（LES），以便在那里将数据上传给L波段通信卫星。
上行站装配有NavCom的调制设备，该调制设备作为卫星发射器的接口，将改正数据流上传给通信卫星，并由通信卫星广播给覆盖地区。
每个L波段卫星覆盖地球面积，都超过三分之一。
用户的C-Nav精确GPS接收机，事实上有两个接收机，一个GPS接收机和一个L波段通信接收机，两接收机都是由NavCom为该系统设计的。
系统中，GPS接收机跟踪所有的在视卫星，并计算伪距测量数据。
与此同时，L波段接收机接收由L波段通信卫信播发的改正信息。
将改正信息应用于GPS测量数据，就生成了精确的定位测量。