基于IGSRTS的实时精密单点定位
基于实时SSR数据的LEO卫星精密单点定位研究
ChineseSpaceScienceandTechnology
http:∥zgkj������cast������cn DOI:１０������１６７０８/j������cnki������１０００Ｇ７５８X������２０１９������０００７
Apr������２５ ２０１９ Vol������３９ No������２ ８２Ｇ８９ ISSN １０００Ｇ７５８X CN １１Ｇ１８５９/V
康国华,等:基于实时 SSR数据的 LEO 卫星精密单点定位研究
８３
andcontrollingsupport,highＧprecisionlocationofSSRcouldbeachievedbyhighＧdensityinjection ofinformationflow．Thebackgroundofaugmentationloadforalow orbit microsatellite was applied．TheephemerisandclockdifferenceofadualfrequencyGPSreceiverwerecorrectedwith １０５７and１０５８datainIGS０３products,usingtherecursiveleastsquareestimationandLAMDA fuzzinesstodealwiththecarrierphaseandpseudodistanceinformation．
关键词:SSR 数据流;IGS精密星历;非差精密单点定位;导航定位;低轨卫星
中 图 分 类 号 :P２２８．１ 文 献 标 识 码 :A
PointprecisepositioningforLEOsatellitebasedon realＧtimeSSRdata
GPSGalileo非差非组合实时精密单点定位快速收敛与模糊度固定
GPS/Galileo非差非组合实时精密单点定位快速收敛与模糊度固定实时精密单点定位(Real-time Precise Point positioning,简称RT PPP)技术因其精确性与可用性等优势,已成为国内外科研机构与学者的研究热点。
与相对定位不同,PPP无需高密度的架设基准站,利用单台接收机即可获得全球范围内高精度的测站坐标、接收机钟差和大气延迟等多种信息,因此已被广泛应用于精密定位、授时、大气监测等相关地球科学领域中。
传统双频无电离层组合PPP消除了一阶电离层对定位的影响,但由于线性组合减少了观测方程数量且放大了观测值噪声,这将对定位的可靠性与精确性带来一定的不利影响。
然而非差非组合PPP直接利用GNSS的原始观测值,不做任何线性组合,提供了更丰富的测量信息,提高了平差方程的冗余度,并保留了电离层信息,更加适用于未来多频多系统PPP的发展趋势。
国内外许多学者对GNSS非差非组合PPP的定位模型展开了较为系统的深入的研究,但现阶段实时PPP的滤波收敛时间依然长达30分钟或以上,其收敛时间与当前网络RTK(Real-time Kinematic)相比还有一段较长距离,这也是限制实时PPP在某些工程方面应用的主要原因。
在实时PPP模糊度固定解方面,目前CNES 分析中心的CLK 9X挂载点实时播发多频非组合相位小数偏差产品,但现有的国内外文献却很少有对该产品进行清晰的描述,尚未有学者对该产品进行系统性的分析,对该产品应用于三频实时PPP模糊度固定的研究还非常有限。
因此随着实时PPP技术的不断发展,滤波的快速收敛以及多频多系统非差模糊度固定问题仍然是当前研究的一个难题。
针对上述需求和问题,本论文旨在:对GPS/Galileo实时PPP定位理论进行深入地研究,系统地介绍定位的主要误差来源及其处理方法,比较并分析单系统、多系统双频非差非组合PPP浮点解的定位性能。
围绕GPS/Galileo PPP的滤波快速收敛方面,阐述了附加电离层约束的单频、双频实时PPP的数学模型,提出了一种精密确定电离层约束方差的方法,加快滤波收敛速度并提高收敛后定位的可靠性。
基于RTKLIB的精密单点定位及结果分析
基于RTKLIB的精密单点定位及结果分析潘军道;韦照川;杨柯【摘要】本文基于RTKLIB现有的框架,对精密单点定位中的主要误差模型进行分析,通过调用其误差改正模型算法,实现了精密单点定位解算;对定位误差分析表明,X、Y、Z三个方向均在80个历元内误差达到0.1m,而且逐步减小趋于稳定.定位误差在180个历元达到7 cm.【期刊名称】《全球定位系统》【年(卷),期】2017(042)001【总页数】5页(P95-99)【关键词】RTKLIB;精密单点定位;定位误差分析【作者】潘军道;韦照川;杨柯【作者单位】桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004;桂林电子科技大学信息与通信学院,广西桂林541004【正文语种】中文【中图分类】P228.4RTKLIB由日本东京海洋大学的高须知二开发的开源程序包,由程序库和多个应用程序工具库组成,支持多个GNSS系统的标准和定位算法。
精密单点定位(PPP),是由美国JPL实验室在1997年提出的,单台接收机在全球范围内静态或动态独立作业,利用IGS发布的精密轨道和钟差产品,采用严密的观测方程,其定位精度可达亚米级甚至厘米级,PPP不受作业距离的影响和限制,作业效率相对其他定位方式要高。
JPL实验室开发的GIPSY软件进行24 h连续的观测实验,静态定位精度优于10 cm;事后单历元动态定位精度可达0.2～0.4 m.随着IGS提供的精密星历逐步向实时化推进,精密单点定位技术已成为精密定位领域的热点问题,在实际工程应用上有很大的需求。
PPP需要有精密的定位模型,对各类误差进行精确地误差修正,复杂度较大。
在精密单点定位中单使用伪距定位的精度是不够的,因此必须引入比伪距观测量精度更高的载波观测量。
本文在现有RTKLIB的基础上应用一定的解算策略,编写自己的算法实现了精密单点定位并对解算结果进行分析，得出一些有益结论。
基于单频GPS精密单点定位算法研究
基于单频GPS精密单点定位算法研究
GPS（全球定位系统）是一种使用卫星信号来确定地球上位置的技术。
单频GPS是指使用单一频率来接收卫星信号，并进行精密单点定位的方法。
本文将围绕单频GPS精密单点定位算法展开研究。
单频GPS定位算法的核心思想是通过接收卫星发射的导航信号，并利
用卫星时钟和接收器时钟的差异，计算出接收器的位置信息。
这种定位方
法在农业、测绘、航空、海洋等众多领域具有广泛的应用。
其次是观测数据处理方法。
单频GPS接收器会收集到卫星的导航信号，并将其转化为接收器时钟的测量值。
通过计算卫星位置和接收器位置之间
的差异，并考虑误差修正项，可以得到接收器的精确位置。
接着是精密单点定位算法的实现。
常用的算法有最小二乘法、迭代法
和Kalman滤波算法等。
最小二乘法是通过最小化观测值和估计值之间的
误差平方和，来求解位置解的方法。
迭代法则是通过多次迭代计算，不断
优化解的精度。
Kalman滤波算法通过对系统动力学和观测模型的建模，
实现对位置解的优化。
此外，还需要考虑数据处理的时间效率和计算资源的要求。
由于单频GPS定位算法需要处理大量的观测数据，并进行复杂的计算，因此需要高
效的算法和硬件支持。
最后需要考虑定位算法的精度评估和验证方法。
通过与其他定位方法
进行对比，比如双频GPS定位算法或者综合导航系统，可以评估单频GPS
定位算法的精度和可靠性。
应用iGMAS超快速星历的实时精密单点定位研究
中国空间科学技术F e b ２５㊀２０２１㊀V o l ４１㊀N o １㊀２９Ｇ３７C h i n e s eS p a c eS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yI S S N １０００Ｇ７５８X ㊀C N １１Ｇ１８５９/V h t t p :ʊz g k jc a s t c n D O I :１０ １６７０８/jc n k i １０００Ｇ７５８X ２０２１ ０００４应用i G M A S 超快速星历的实时精密单点定位研究徐伟证１,康国华１,∗,彭攀２,周宏涛１,刘宗强１,赵腾１１．南京航空航天大学航天学院,南京２１００１６２．上海卫星工程研究所,上海２０１１０９摘㊀要:中国主导建设的国际G N S S 监测评估系统(i GMA S )相比国际上比较成熟的I G S 系统在产品精度等方面存在差别,目前实时精密单点定位应用多采用I G S 实时㊁近实时产品.为改变这一现状,针对i GMA S 产品特性以及实时精密单点定位对超快速精密星历的需求,对i GMA S 超快速星历的精度和稳定性方面进行评估,设计了i GMA S 产品实时/事后下载应用程序,开展了基于i GMA S 超快速星历的实时精密单点定位研究,并结合N o v A t e lO E M ６１７双频接收机进行了G P S 实时精密单点定位试验.实验结果表明,在连续观测２３m i n 后定位误差即可收敛到分米级,较接收机原始定位精度高一个量级,且稳定性好,最终在E /N /U 方向定位误差均方根分别为７．２c m ㊁６．４c m ㊁１５．２c m ,与应用I G S 超快速星历实时P P P 试验取得相近的结果.研究实现了i GMA S 数据获取㊁评估和实时P P P 应用的一整套方案,验证了i GMA S 超快速产品的性能,对推进i GMA S 产品的应用提供了借鉴.关键词:i GMA S ;超快速星历;实时下载;精度和稳定性;实时精密单点定位中图分类号:P ２２８㊀㊀㊀㊀文献标识码:A收稿日期:２０２０Ｇ０４Ｇ１３;修回日期:２０２０Ｇ０５Ｇ０９;录用日期:２０２０Ｇ０５Ｇ１９;网络出版时间:２０２０Ｇ０６Ｇ１８㊀１５:３２基金项目:上海航天科技创新基金(S A S T ２０１８Ｇ０４７);空间智能控制技术重点实验室开放基金(K G J Z D S Y S Ｇ２０１８Ｇ０７)∗通信作者．E Ｇm a i l :k a n g gh ＠n u a a ．e d u ．c n 引用格式:徐伟证,康国华,彭攀,等．应用i GMA S 超快速星历的实时精密单点定位研究[J ]．中国空间科学技术,２０２１,４１(１):２９Ｇ３７．X U W Z ,K A N G G H ,P E N GP ,e t a l ．R e s e a r c ho nr e a l Ｇt i m e p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g w i t h i GMA Su l t r a Ｇf a s t e ph e m e r i s [J ]．C h i n e s e S p a c eS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,２０２１,４１(１):２９Ｇ３７(i nC h i n e s e )．R e s e a r c ho n r e a l Ｇt i m e p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g wi t h i G M A S u l t r a Ｇf a s t e ph e m e r i s X U W e i z h e n g １,K A N GG u o h u a １,∗,P E N GP a n ２,Z H O U H o n g t a o １,L I UZ o n g q i a n g １,Z H A OT e n g１１．S c h o o l o fA s t r o n a u t i c s ,N a n j i n g U n i v e r s i t y o fA e r o n a u t i c s a n dA s t r o n a u t i c s ,N a n j i n g ２１００１６,C h i n a ２．S h a n g h a i I n s t i t u t e o f S a t e l l i t eE n g i n e e r i n g ,S h a n gh a i２０１１０９,C h i n a A b s t r a c t :T h eC h i n a Ｇl e d I n t e r n a t i o n a lG N S SM o n i t o r i n g &A s s e s s m e n t S y s t e m (i GMA S )d i f f e r s f r o mt h e I G S s ys t e m (i n t e r n a t i o n a lG N S Ss e r v i c e ,I G S )i n p r o d u c ta c c u r a c y ．R e a l Ｇt i m e p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g (P P P )a p pl i c a t i o n sa r e m o s t l y b a s e do n I G Sr e a l Ｇt i m ea n dn e a r r e a l Ｇt i m e p r o d u c t s ．T o i m pr o v e t h i ss i t u a t i o n ,w ea i m e da t i GMA S p r o d u c t c h a r a c t e r i s t i c s a n dt h ed e m a n df o ru l t r a Ｇf a s t p r o d u c t s w i t hr e a l Ｇt i m eP P P ,e v a l u a t e dt h ea c c u r a c y a n ds t a b i l i t y of i GMA Su l t r a Ｇf a s t e p h e m e r i s ,d e s ig n e da n i GMA S p r o d u c t r e a l Ｇt i m e /p o s t Ｇe v e n t d o w n l o a da p p l i c a t i o n ,a n dc a r r i e do u t r e a l Ｇt i m e p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g r e s e a r c hb a s e do ni GMA Su l t r a Ｇf a s te ph e m e ri st h r o u g hc o m b i n i n g w i t h N o v A t e l O E M ６１７d u a l Ｇf r e q u e n c y r e c e i v e r ．T h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w t h a tt h e p o s i t i o n i n g e r r o rc a n c o n v e r get ot h e d e c i m e t e r l e v e l a f t e r ２３m i n u t e s ,w h i c h i sa no r d e ro fm a g n i t u d eh i g h e r t h a nt h eo r i g i n a l p o s i t i o n i n g a c c u r a c y of t h e r e c e i v e r a n dh a sg o o d s t a b i l i t y ．Th e r o o tm e a n s q u a r e e r r o r o f t h e p o si t i o n i n g e r r o r i n t h eE /N /Ud i r e c t i o n i s ７．２c m ,６．４c m ,１５．２c m ,s i m i l a r t o I G Su l t r a Ｇf a s t e p h e m e r i s i nr e a l Ｇt i m eP P Pe x p e r i m e n t ．T h i s s t u d y i m p l e m e n t s a c o m pl e t e３０㊀中国空间科学技术F e b ２５㊀２０２１㊀V o l ４１㊀N o １s o l u t i o n f o r i GMA Sd a t a a c q u i s i t i o n,e v a l u a t i o n,a n d r e a lＧt i m eP P Pa p p l i c a t i o n s,v e r i f i e s p e r f o r m a n c e o f i GMA Su l t r aＧf a s t p r o d u c t s a n d p r o v i d e s r e f e r e n c e f o r t h e a p p l i c a t i o no f i GMA S p r o d u c t s．K e y w o r d s:i GMA S;u l t r aＧf a s t e p h e m e r i s;d o w n l o a d i n r e a l t i m e;a c c u r a c y a n d s t a b i l i t y;r e a lＧt i m e p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g为了进一步推动多模G N S S系统兼容和互操作,中国从２０１２年启动国际G N S S监测评估系统(I n t e r n a t i o n a l G N S S M o n i t o r i n g& A s s e s s m e n tS y s t e m,i GMA S)建设.i GMA S 旨在建立我国自主的B D S㊁G P S㊁G L O N A S S和G a l i l e o导航卫星全弧段㊁多重覆盖的全球近实时跟踪网,监控G N S S导航卫星的运行状况㊁信号质量和服务性能[１Ｇ２].i GMA S能够向全球用户提供精密星历㊁钟差㊁地球定向参数等产品,为卫星导航技术试验提供支持,服务于科学研究以及各类应用,包括精密单点定位(P r e c i o u sP o i n t P o s i t i o n i n g,P P P)技术[３].相对于事后处理的精密单点定位,实时精准定位才能满足５G㊁物联网和无人驾驶等技术发展的需求,其中高质量精密星历㊁钟差改正产品的实时获取和应用是难点之一[４].目前国际上开展实时P P P应用主要基于I G S实时㊁近实时产品,包括I G S实时定位服务(r e a lＧt i m es e r v i c e)㊁I G D G (I n t e r n e tＧB a s e d G l o b a lD i f f e r e n t i a lG P S)实时产品和B N C(B K G N t r i p C l i e n t)软件等,以及西班牙GMV公司㊁T r i m b l e公司等推出的商业实时P P P服务[５Ｇ７].与国际上比较成熟的I G S系统相比,我国主导的i GMA S建设周期短,跟踪站㊁分析中心和数据中心数量相对较少,因此i GMA S产品(特别是超快速产品)的实际应用仍需进一步发展.目前,国内外应用i GMA S超快速产品开展的实时精密单点定位研究,主要依靠跟踪站的观测数据模拟实时P P P解算[６,８,９],未能解决i GMA S超快速数据的实时获取和普遍实用问题.针对i GMA S产品的应用推广和实时P P P 对超快速精密数据的需求,本文对i GMA S超快速星历产品精度和稳定性进行分析,并通过高精度的I G S最终产品进行评估.本文以评估结果作为依据选择精密改正数,设计了i GMA SＧD o w n l o a d实时下载程序和实时P P P算法,通过N o v A t e l双频接收机验证了其在实时P P P中的性能,为i GMA S产品的应用提供借鉴思路.１㊀i GMA S超快速星历质量分析１．１㊀超快速星历精度分析i GMA S和I G S卫星精密轨道均包括三种不同精度和时延的数据,即超快速㊁快速和最终产品.其中超快速产品包含２４h观测数据和２４h预测数据,更新频率为６h,分别于当日０３㊁０９㊁１５㊁２１时左右发布,虽然存在约３h滞后时间,但基本可以满足实时定位的需求[１０].I G S已经在全球建立５０７个跟踪站,建有充足的分析中心㊁全球关联分析中心㊁区域关联分析中心及分析中心协调组织来协同处理数据,其最终产品轨道精度约２．５c m,钟差精度约０．０７５n s[４,８].本文以精度较高的I G S MG E X (T h e M u l t iＧG N S SE x p e r i m e n t)最终产品为参考标准,结合实时精密单点定位需求,选取i GMA S和I G S系统在２０１９年７月７日至１３日(北斗周０７０５)的精密星历数据,计算一周时间内i GMA S超快速星历相对I G S最终产品参考真值的均方根误差(R o o tM e a nS q u a r e,R M S),评估其数据的精度和稳定性.其中I G S最终产品从C D D I S(T h e C r u s t a l D y n a m i c s D a t a I n f o r m a t i o nS y s t e m)获取,i GMA S超快速产品从武汉数据中心获取[１１,１２].i GMA S超快速轨道㊁钟差产品和I G S最终产品采样间隔均为１５m i n,但I G S产品采用G P S时间系统(G P S T),i GMA S产品采用B D S 时间系统(B D T),进行质量评估需进行时间基准的协调.本研究在精密轨道和钟差计算时以G P S T作为时间基准,B D T与G P S T的转换关系为[１３]:G P S T＝B D T＋１４＋τU T C(U S U N)－U T C(N T S C)(１)其中τU T C(U S U N)－U T C(N T S C)表示G P S时和北斗时维徐伟证,等:应用i G M A S 超快速星历的实时精密单点定位研究３１㊀持的协调世界时之间的微小量差值.从精度㊁阶数和历元间隔三方面衡量,９阶拟合多项式求解G P S 卫星坐标可达毫米级精度,且效果最好[１４].因此本文采用９阶切比雪夫多项式拟合来计算轨道数据,选取北斗周０７０５期间内i GMA S 超快速星历与I G S 最终星历.本文计算i GMA S 超快速轨道与I G S 最终轨道R M S 差值,计算方式如下式所示[１５]:R M S x ,y ,z ＝１M e po c h ðM e po c h i ＝１(P o s i G MA S x ,y ,z (i )－P o s I G S x ,y ,z (i ))２R M S c l k ＝１M e po c h ðM e po c h i ＝１(C l k i G MA S x ,y ,z (i )－C l k I G S x ,y ,z (i ))２式中:P o s i G MA S x ,y ,z ㊁C l k i G MA Sx ,y ,z 分别表示插值后i GMA S 超快速星历卫星坐标㊁钟差;P o s I G Sx ,y ,z ㊁C l k I G Sx ,y ,z 表示I G S 最终星历表示的卫星坐标㊁钟差;M e po c h 表示一周时间内的总历元数.分别对i GMA S 超快速星历和I G S 最终星历合对G P S ㊁G L O N A S S ㊁B D S 和G a l i l e o 系统在北斗周０７０５期间的轨道数据,各颗卫星轨道误差R M S 和系统整体误差结果如图１所示.１)G P S /G L O N A S S /G a l i l e o /B D S (M E O/I G S O )/B D S (G E O )和系统在北斗周０７０５期间,系统轨道误差均值分别为５．７c m ㊁９．８c m ㊁１４．２c m ㊁１８．０c m ㊁３９３．７c m ;B D S (G E O )卫星相对地面站空间几何构型较差,参数相关性强而很难精确求解,故精度较低.２)由图１(a )~(e )可见,各系统卫星的轨道误差R M S 分布较为均匀,系统轨道精度依次是G P S ㊁G L O N A S S ㊁G a l i l e o ㊁B D S (M E O /I G S O )㊁B D S (G E O );G P S 卫星轨道精度稳定在厘米级,且误差R M S 更为集中,主要得益于目前I G S 地面跟踪站较多,更为丰富的观测数据有助于减小随机误差.３)由图１(b )(e )可知,i GMA S 数据目前提供的北斗卫星精密数据远少于实际在轨北斗卫星数,且系统间卫星轨道精度较为离散.主要原因是北斗导航系统近两年卫星部署较多,在轨调试需要时间,而i GMA S 跟踪站数量少且分布集中,对北斗导航系统的监测质量和完善仍有待提升.图１㊀i GMA S 超快速星历与I G S 星历各系统轨道差值F i g ．１㊀F o u r n a v i g a t i o n s y s t e m s o r b i t e r r o r b e t w e e n i GMA Su l t r a Ｇf a s t e ph e m e r i s a n d I G S f i n a l p r o d u c t３２㊀中国空间科学技术F e b ２５㊀２０２１㊀V o l ４１㊀N o １通过对四大导航系统i GMA S 超快速星历的评估,可见G P S 卫星星历精度在厘米级.卫星钟差同样是影响实时精密单点定位的重要因素,因此本文针对G P S 系统的卫星轨道和钟差做了进一步误差分析,各颗卫星在E C E F 坐标系下X ㊁Y ㊁Z 和３D 方向误差如图２所示,各颗卫星和系统均值的钟差如图３所示.在评估周期内,各颗卫星的X ㊁Y ㊁Z 方向的轨道误差R M S 均在２．０~５．５c m 范围内,且Z 方向轨道误差略优于X ㊁Y 方向,各颗卫星３D 误差均值为５．７８c m .各颗G P S 卫星的钟差集中在２．９４~３．１n s 区间内,系统均值优于３n s ,需要基于超快速轨道对钟差进一步估计才能满足厘米级定位需求.图２㊀i GMA S 超快速与I G S 最终产品G P S 卫星差值R M SF i g．２㊀G P So r b i t e r r o r b e t w e e n i GMA S U l t r a Ｇf a s t a n d I G S f i n a l pr o d u ct 图３㊀i GMA S 超快速与I G S 最终产品的G P S 卫星钟差F i g．３㊀G P Ss a t e l l i t e c l o c ke r r o r b e t w e e n i GMA S U l t r a Ｇf a s t a n d I G S f i n a l pr o d u c t １．２㊀超快速星历稳定性分析实时P P P 应用性能与精密星历的稳定性紧密相关.本文主要从系统轨道精度在一定周期内的变化趋势,以及超快速星历观测和预报部分的精度变化趋势来评估其数据稳定性.在北斗周０７０５期间四大导航系统每天卫星及星座轨道误差R M S ,在拟合期间变化趋势如图４所示,图５表示G P S 卫星轨道变化.１)由图４可见在拟合周期内G P S 星座系统稳定性最优,轨道整体误差和仿真周期内波动均相对最小;G L O N A S S 稳定性次之,存在小范围波动,应与当日观测数据质量有关;B D S (M E O/I G S O )以及G a l i l e o 导航系统相对波动较大.２)由图４可见在拟合周期内,G P S ㊁G L O N A S S 和G a l i l e o 系统不同卫星的轨道误差R M S 变化趋势相同,轨道误差同步增大或减小;B D S (M E O /I G S O )存在系统间定轨精度离散性相对较大的情况,更说明i GMA S 需要建设全球分布监测站或低轨星基监测站,以提升北斗导航系统整体稳定性.３)由图５可见G P S 卫星在拟合周期内,所有卫星的轨道误差范围均在３．４~８．２c m ,不同卫星在同一天的轨道误差差别较小,误差范围集中且系统整体定轨精度高;G P S 系统有完善的全球分布的跟踪站,可以实现卫星的全弧段多重覆盖.图４㊀四系统轨道误差在拟合周期内的变化趋势F i g．４㊀G P S ㊁G L O N A S S ㊁B D S (M E O /I G S O )㊁G a l i l e oo r b i t e r r or图５㊀i GMA S 超快速轨道相对I G S 最终轨道差值变化F i g ．５O r b i t d i f f e r e n c e c h a n ge sb e t w e e n i GMA Su l t r af a s t o r b i t a n d I G S f i n a l pr o d u c t (G P S )i GMA S 超快速星历在一周拟合周期内G P S 系统定轨精度在厘米级且最稳定,目前依徐伟证,等:应用i G M A S 超快速星历的实时精密单点定位研究３３㊀靠i GMA S 超快速星历开展实时精密单点定位试验可优先选取G P S 卫星观测值参与定位解算,卫星数量不足的情况下,可以用G L O N A S S 系统联立组合精密单点定位.i GMA S 超快速星历观测和预测部分相对I G S 最终产品的误差分别如图６(a )(b )所示.在拟合周期内,观测部分星历相对精度高且稳定,除个别卫星外,X ㊁Y ㊁Z 方向误差大致在ʃ６c m 范围内.预测部分的轨道误差相对较大,部分卫星超过１０c m 范围,且随预测时间越长轨道精度越低,因此实时P P P 试验需要实时获取最新的i GMA S 超快速星历,以实现最优精度的卫星端误差消除.图６㊀i GMA S 超快速星历观测㊁预测部分与I G S最终精密星历差值变化F i g ．６㊀E r r o r c h a n g e o f i GMA Su l t r a Ｇf a s t e ph e m e r i s o b s e r v a t i o n ,p r e d i c t i o n p a r t a n d I G S f i n a l e ph e m e r i s ２㊀基于i GMA S 产品的实时P P P 定位２．１㊀实时P P P 定位方案设计i G M A S 超快速星历的评估结果分析表明,目前G P S 卫星精度最高且稳定性好,G L O N A S S 次之,B D S (M E O /I G S O )和G a l i l e o 系统均存在一定范围的波动,B D S (M E O /I G S O )各颗卫星定轨精度较为离散.i G M A S 超快速星历观测部分精度和稳定性优于预测部份,且随预测时间越长精度越低,选取最近的超快速星历有助于降低卫星轨道和时钟误差.因此,本文设计i G A M S 产品实时/事后下载软件i G M A S ＧD o w n l o a d ,实时获取最新的超快速星历,采用N o v A t e l 双频接收机获取G P S 卫星观测数据开展实时精密单点定位应用研究,以验证i G M A S 超快速星历在P P P 试验中的实用性能.本研究采用的实时P P P 定位验证方案如图７所示,通过自主设计的i GMA S ＧD o w n l o a d 应用程序联网实时获取最新的i GMA S 超快速星历㊁钟差.N o v A t e lO E M ６１７接收机双频伪距㊁载波相位观测数据㊁广播星历和原始定位结果,实时经串口转U S B 通道输入到计算机中,计算机进行观测数据预处理㊁精密数据拟合以及实时P P P 算法,实时输出P P P 定位结果.最后以北斗伴侣M ２R T K 固定解为参考真值,结合接收机原始定位结果和实时P P P 定位结果进行多通道定位结果的误差对比分析,从而验证i GMA S超快速星历在实时P P P 应用中的性能和可用性.图７㊀实时P P P 技术方案设计F i g ．７㊀R e a l Ｇt i m eP P Pt e c h n o l o g y so l u t i o n ２．２㊀i GMA S 数据实时获取和应用i GMA S 已建成长沙㊁武汉㊁西安３个数据中心,用户可通过任一数据中心或直接通过i GMA S 官网(h t t p:ʊ１２４．２０５．５０．１７８)获取相关３４㊀中国空间科学技术F e b ２５㊀２０２１㊀V o l ４１㊀N o １产品.实时P P P 技术应用需要获取最新的超快速精密星历产品,为了满足本研究实时P P P 算法的需求以及推广i GMA S 数据产品的实际应用,本文基于W i n d o w s 平台设计了实时/事后下载i GMA S 精密数据的应用程序i GMA S ＧD o w n l o a d,程序下载文件的流程设计如图８所示.该程序包括实时和事后下载两种模式,实时下载数据主要面向i GMA S 超快速星历,其文件命名格式为i s u w w w w d _HH．s p ３/c l k ．Z (w w w w 为北斗周;d 为星期,０为星期日,１~６表示星期一至六;HH 为小时,分为００,０６,１２,１８;s p３/c l k 分别表示星历和钟差文件).程序实时刷新i GMA S 数据中心产品列表,根据系统时间匹配最新的超快速产品文件,下载到指定文件夹并自动解压,以备实时P P P 算法读取应用.事后模式可以根据用户需求批量下载其他产品,包括卫星轨道钟差㊁跟踪站地心坐标㊁地球自转参数㊁大气环境参数㊁频间偏差信息㊁电离层闪烁指数㊁民用监测评估结果㊁完好性产品等.图８㊀i GMA S 数据实时下载程序设计流程F i g ．８㊀i GMA Sd a t ad o w n l o a d p r o gr a mf l o w c h a r t ２．３㊀实时P P P 算法设计本文采用P P P 常规模型进行解算,采用双频伪距㊁载波相位观测值的无电离层组合作为函数模型,其基础模型表达式为[１６Ｇ１７]:P s I F＝f ２１P s １－f ２２P s２f ２１－f ２２＝㊀ρs r ＋T s r ＋c (δt r －δt s)＋δm ＋εP I F Φs I F ＝f ２１Φs １－f ２２Φs２f ２１－f ２２＝ρs r ＋T sr ＋㊀c (δt r －δt s )＋λr ,I F b sr ,I F ＋δm ＋εΦI Füþýïïïïïïïï(２)式中:P s I F ㊁Φs I F 分别为伪距㊁载波相位无电离层组合观测值;ρs r 为接收机和卫星间几何距离;T s r 为对流层延迟;δt r ㊁δt s分别表示接收机和卫星钟差;δm 为多路径延迟;b sr ,I F 为包含卫星和接收机端初始相位和硬件延迟的无电离层组合模糊度;εP I F 和εΦI F 分别表示两种组合观测值的观测噪声及未被模型化的误差.为保证高精度定位的质量,本文首先剔除低高度角卫星,并依靠高度角权重模型进行定权,定权模型如式(３)所示[１８]:δ２(e )＝δ２/s i n ２(e )(３)式中:δ２是天顶方向的非差消电离层相位观测值的方差;δ２(e )是在高度角e 处的相位观测值的方差.伪距观测值也在得到天顶方向观测值方差后,采用式(３)进行任意高度角映射,进而计算观测值权阵[１８].对观测数据进行实时预处理时,先剔除观测值存在粗差的卫星,再进行钟跳探测与修复,避免将接收机钟跳引起的观测值跳变误判为周跳.然后联合使用宽巷M e l b o u r n e ＧW u b b e n a (MW )和G e o m e t r y ＧF r e e (G F )组合法进行周跳探测,对于出现周跳的卫星进行模糊度初始化.通过数据的实时预处理,来消除异常观测数据对P P P 定位结果的影响[１９Ｇ２０].本文采用扩展卡尔曼滤波进行参数估计,待估参数为X ＝(x ,y ,z ,d t r ,z p d ,N i (i ＝１~n ))T,依次为接收机位置参数㊁接收机钟差㊁天顶对流层湿延迟㊁可见卫星模糊度参数.精密轨道和钟差等产品采用i GMA S 超快速产品,卫星和接收机端天线相位中心偏差(P C O )和天线相位中心变化(P C V )分别使用I G S A N T E X 文件进行改正.实时定位过程同步使用I G S 超快速产品进徐伟证,等:应用i G M A S超快速星历的实时精密单点定位研究３５㊀行数据处理和结果对比.各项误差采用模型进行处理,具体策略如表１所示[９,１７].表１㊀P P P各项误差处理方法T a b l e１㊀P P Pe r r o r p r o c e s s i n g s t r a t e g y 误差改正项改正方法㊁模型卫星轨道㊁钟差i GMA S超快速星历㊁钟差电离层延迟双频无电离层组合对流层干延迟H o p f i e l d模型＋G P T２＋VM F卫星和接收机天线相位中心i g s１４．a t x㊀P C O＋P C V相位缠绕W u模型相对论效应I E R S协议地球自转改正S a g n a c效应固体潮I E R S协议G O T４．８模型海潮I E R S协议极潮I E R S协议３㊀实时P P P试验与分析３．１㊀实时P P P定位试验环境搭建２０１９年７月２８日１４:００Ｇ１７:３０在南京航空航天大学明故宫校区操场开展了实测数据采集和静态精密单点定位试验.当日天气状况良好,实验环境视野开阔无遮挡,数据采样间隔为１秒.使用N o v A t e lO E M６１７双频接收机(单点定位精度:水平５m,高程１０m)实时接收G P S观测数据,截止高度角设为１５ʎ,使用北斗伴侣M２R T K固定解(定位精度:水平０．０２m,高程０．０４m)作为定位结果参考标准.在定位参考点的设计上,通过将N o v A t e l天线和北斗伴侣M２架设到两台三脚架并调整抵消其高度差,预先测量水平和高度误差并在算法中予以修正.实验过程同步使用两台笔记本电脑进行数据读取和程序运算,以提高程序运算结果的可靠性.３．２㊀P P P试验结果分析本文使用i GMA S超快速星历和钟差产品,对G P S实测数据进行实时精密单点定位实验,其定位结果与N o v A t e l接收机自身定位误差对比如图９所示,分别使用i GMA S和I G S超快速星历的实时P P P定位结果相对于参考真值在E N U坐标系下收敛情况如图１０㊁图１１所示.图９㊀i GMA S超快速星历实时P P P与接收机定位误差对比F i g．９㊀C o m p a r i s o no f p o s i t i o n i n g e r r o r b e t w e e n i GMA Su l t r aＧf a s t e p h e m e r i s r e a lＧt i m eP P Pa n d r e c e i v er图１０㊀i GMA S超快速星历实时P P P定位误差收敛情况F i g．１０㊀i GMA Su l t r aＧf a s t e p h e m e r i sr e a lＧt i m eP P Pc o n v e r g e n ce图１１㊀I G S超快速星历实时P P P定位误差收敛情况F i g．１１㊀I G Su l t r aＧf a s t e p h e m e r i s r e a lＧt i m eP P Pp o s i t i o n i n g e r r o r c o n v e r g e n c e１)由图９可知,N o v A t e l接收机自身定位误差波动大,且方程方向误差较大;与接收机原始定位相比,应用i GMA S超快速星历的实时精密单点定位可以有效提升定位精度和稳定性.２)由图１０和图１１可见,分别使用i GMA S 和I G S超快速星历进行精密单点定位试验,其３６㊀中国空间科学技术F e b ２５㊀２０２１㊀V o l ４１㊀N o １收敛时间和定位精度接近,连续观测约２０m i n 后,P P P 定位误差即可收敛到分米级,最终可收敛到２０c m 以内.３)由图１０和图１１,以及表２可知,i GMA S超快速星历在实时P P P 试验中可实现与I G S 超快速星历相近的定位结果,应用i GMA S 超快速星历的实时精密单点定位可以有效提升定位精度和稳定性,验证了i GMA S 超快速星历的实用性能.表２㊀接收机和实时P P P 定位误差均方根统计T a b l e ２㊀R o o tm e a n s qu a r e s t a t i s t i c s o f r e c e i v e r a n d r e a l Ｇt i m eP P P p o s i t i o n i n g er r o r s 参数类别定位误差均方根/c mE N U 收敛至分米级所需时间/m i n接收机定位２１９．３２２８．５４２９．８－i GMA S ＧP P P ７．２６．４１５．２２３I G S ＧP P P６．９６．２１４．７２０４㊀结束语卫星精密星历是实现P P P 的基础数据,其精度和可用性直接影响导航定位的性能.本文以I G S 最终产品为参考标准,评估了i GMA S 超快速星历的精度和稳定性,设计了i GMA S ＧD o w n l o a d 应用程序实时获取最新的i GMA S 超快速星历,以其中精度和稳定性较高的G P S 卫星数据,结合N o v A t e l 双频接收机开展了实时P P P 定位算法研究和试验,得到如下结论:１)i G AM S 超快速星历中,G P S 卫星精度和稳定性最高,具有较高的可用性,G L O N A S S 次之,B D S (M E O /I G S O ㊁G E O )和G a l i l e o 系统均存在一定范围的波动.G P S 卫星星历得益于数量众多且全球分布的I G S 跟踪站支持,可以通过全弧段多重覆盖的观测数据来提高精度.２)北斗导航系统精密改正数据,存在卫星数量不足㊁卫星精度相对较低(特别是G E O 卫星),以及系统间卫星轨道误差离散性较大的问题.未来有望通过建设更多全球分布的地面监测站或低轨星基监测站,以及星间链路技术来提升北斗产品的精度.３)本文设计的i GMA S ＧD o w n l o a d 软件可以实时获取最新i GMA S 超快速星历,基于该数据的G P S 实时P P P 算法在结合N o v A t e l 双频接收机试验中,与应用I G S 超快速星历定位精度和收敛时间接近,验证了i GMA S 超快速产品的应用性能,有助于推动我国i GMA S 产品的实际应用.参考文献(R e f e r e n c e s)[１]㊀C A IH ,C H E N G ,J I A O W ,e t a l ．A n i n i t i a l a n a l ys i s a n d a s s e s s m e n to n f i n a l p r o d u c t s o fi GMA S [C ]．C h i n a S a t e l l i t eN a v i ga t i o n C o n f e r e n c e(C S N C )２０１６P r o c e e d i n g s :V o l u m e I I I ．S i n g a p o r e :S p r i n ge r ,２０１６．[２]㊀崔红正,唐歌实,宋柏延,等．北斗卫星导航系统实时定轨与钟差处理策略[J ]．中国空间科学技术,２０１５,３５(５):１Ｇ７．C U IH Z ,T A N G GS ,S O N G B Y ,e t a l ．BD Ss a t e l l i t er e a l t i m e o r b i t a n dc l o c kd e t e r m i n a t i o na n d i n i t i a l r e s u l t s a n a l y s i s [J ]．C h i n e s e S p a c e S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,２０１５,３５(５):１Ｇ７(i nC h i n e s e )．[３]㊀谭畅,陈国,魏娜,等．i GMA S 轨道产品综合及精度初步分析[J ]．武汉大学学报(信息科学版),２０１６(１１):１４６９Ｇ１４７５．T A N C ,C H E N G ,W E I N ,e ta l ．C o m b i n e ds a t e l l i t eo r b i t s o f t h e i GMA S a n a l y s i s c e n t e r s :m e t h o d a n d pr e c i s i o n [J ]．G e o m a t i c s a n d I n f o r m a t i o n S c i e n c e o f W u h a nU n i v e r s i t y ,２０１６(１１):１４６９Ｇ１４７５(i nC h i n e s e )．[４]㊀张小红,李星星,李盼．G N S S 精密单点定位技术及应用进展[J ]．测绘学报,２０１７,４６(１０):１３９９Ｇ１４０７．Z H A N G X H ,L IX X ,L IP ．R e v i e wo fG N S SP P Pa n di t sa p p l i c a t i o n [J ]．A c t a G e o d a e t i c a e t C a r t o g r a p h i c a S i n i c a ,２０１７,４６(１０):１３９９Ｇ１４０７(i nC h i n e s e )．[５]㊀王胜利,王庆,高旺,等．I G S 实时产品质量分析及其在实时精密单点定位中的应用[J ]．东南大学学报(自然科学版),２０１３(S ２):３６５Ｇ３６９．WA N GSL ,WA N G Q ,G A O W ,e t a l ．Q u a l i t y a n a l y s i s o f I G Sr e a l Ｇt i m e p r o d u c t sa n d i t sa p p l i c a t i o ni nr e a l Ｇt i m e p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g [J ]．J o u r n a l o f S o u t h e a s t U n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n ),２０１３(S ２):３６５Ｇ３６９(i nC h i n e s e )．[６]㊀王敏,柴洪洲,阮仁桂,等．基于i GMA S 预报产品的实时精密单点定位性能分析[C ],第七届中国卫星导航学术年会．长沙,２０１６．WA N G M ,C H A I H Z ,R U A N R G ,e t a l ．I n i t i a lpe rf o r m a n c e a s s e s s m e n t o f r e a l Ｇt i m e p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i ng b a s e d o n i GMA S p r e d i c t i o n p r o d u c t [C ]ʊTh e ７t h C hi n a S a t e l l i t e N a v i g a t i o n A c a d e m i c C o n f e r e n c e ．C h a n gs h a ,２０１６(i nC h i n e s e )．[７]㊀WA N G L ,L I Z ,G E M ,e t a l ．I n v e s t i ga t i o n o ft h e p e r f o r m a n c eo fr e a l Ｇt i m e B D S Ｇo n l y p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g徐伟证,等:应用i G M A S超快速星历的实时精密单点定位研究３７㊀u s i n g t h e I G S r e a lＧt i m e s e r v i c e[J]．G P S S o l u t i o n s,２０１９,２３(３)．[８]㊀G EY,Y A N GX,Q I N W,e t a l．T i m e t r a n s f e r a n a l y s i s o fG P Sa n dB D S p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g b a s e do ni GMA Sp r o d u c t s[C]ʊC h i n a S a t e l l i t e N a v i g a t i o n C o n f e r e n c e．S i n g a p o r e:S p r i n g e r,２０１８．[９]㊀G E Y,S U NB,WA N GS,e t a l．C o n v e r g e n c e t i m e a n a l y s i s o f m u l t iＧc o n s t e l l a t i o n p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g b a s e d o ni G M A S p r o d u c t s[C]ʊC h i n aS a t e l l i t eN a v i g a t i o nC o n f e r e n c e(C S N C)２０１６P r o c e e d i n g s:V o l u m e I I I．S i n g a p o r e:S p r i n g e r,２０１６．[１０]㊀赵兴旺,王胜利,刘超．G N S S精密单点定位理论与方法[M]．合肥:中国科学技术大学出版社,２０１５:５３Ｇ５６．Z HA O X W,WA N GSL,L I UC．G N S S p r e c i s i o n p o i n tp o s i t i o n i n g t h e o r y a n d m e t h o d[M]．H e f e i:C h i n aU n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y P r e s s,２０１５:５３Ｇ５６(i nC h i n e s e)．[１１]㊀Y US,X U T．P r e c i s i o ne v a l u a t i o na n dc o n s i s t e n c y a n a l y s i s o fi G M A S o r b i t a n d c l o c k p r o d u c t s[M]．S i n g a p o r e:S p r i n g e r,２０１６．[１２]㊀L I U Y,K ES,S U NB,e t a l．C o m p a r i s o no f p e r f o r m a n c e s o f t h r e em u l t iＧc o n s t e l l a t i o n p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g m o d e l sb a s e do n i G M A S p r o d uc t s[C]ʊC h i n aS a t e l l i t eN a v i g a t i o nC o n f e r e n c e．S i n g a p o r e:S p r i n g e r,２０１８．[１３]㊀李鹤峰,党亚民,秘金钟,等．B D S与G P S㊁G L O N A S S 多模融合导航定位时空统一[J]．大地测量与地球动力学,２０１３,３３(４):７３Ｇ７８．L IH F,D A N G Y M,M I J Z,e t a l．R e s e a r c ho n s p a t i ot e m p o r a u n i f i c a t i o n o f B D S/G P S/G L O N A S Sm u l t iＧm o d en a v i g a t i o na n d p o s i t i o n i n g[J]．J o u r n a lo fG e o d e s y a n dG e o d y n a m i c s,２０１３,３３(４):７３Ｇ７８(i nC h i n e s e)．[１４]㊀李明峰,江国焰,张凯．I G S精密星历内插与拟合法精度的比较[J]．大地测量与地球动力学,２００８(２):７７Ｇ８０．L I M F,J I A N G G Y,Z H A N G K．C o m p a r i s o n o fi n t e r p o l a t i n g a n d f i t t i n g I G S p r e c i s e e p h e m e r i s[J]．J o u r n a l o fG e o d e s y a n dG e o d y n a m i c s,２００８(２):７７Ｇ８０(i nC h i n e s e)．[１５]㊀李征航．G P S测量与数据处理[M]．３版．武汉:武汉大学出版社,２０１３:７７Ｇ７８．L I ZH．G P Sm e a s u r e m e n t a n d d a t a p r o c e s s i n g[M]．３r d e d．W u h a n:W u h a nU n i v e r s i t y P r e s s,２０１３:７７Ｇ７８(i nC h i n e 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X W,Z HA N G C Y．P a r t i a la m b i g u i t y f i x i n gm e t h o da n da n a l y s i sf o r p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g[J]．C h i n e s eS p a c eS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,２０１３,３３(１):４１Ｇ４８,７２(i nC h i n e s e)．[２０]㊀韩啸,潘树国,赵庆．嵌入式G P S/B D S实时精密单点定位方法[J]．测绘通报,２０１８(２):９９Ｇ１０２,１６３．H A N X,P A N S G,Z HA O Q．E m b e d d e d G P S/B D Sr e a lＧt i m e p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g m e t h o d[J]．B u l l e t i n o fS u r v e y i n g a n d M a p p i n g,２０１８(２):９９Ｇ１０２,１６３(i nC h i n e s e)．作者简介:徐伟证(１９９３－),男,硕士研究生,研究方向为导航增强㊁高精度定位数据处理,w z x u＠n u a a．e d u．c n.康国华(１９７８－),男,教授,研究方向为微小卫星姿轨控㊁卫星导航与定位,k a n g g h＠n u a a．e d u．c n.(编辑:邓薇)。
基于精密单点定位技术的手持GPS接收机定位精度提升方法研究
基于精密单点定位技术的手持GPS接收机定位精度提升方法研究朱伟刚;田厚勇;王琳琳【摘要】针对手持GPS接收机定位精度低的问题,在分析精密单点定位技术原理的基础上,研究基于精密单点定位技术的手持GPS接收机精度提升的方法,并野外采集相关数据进行实验验证.结果表明,精密单点定位技术可以使手持GPS接收机的精度从米级提高到亚米级,从而提高手持GPS接收机的测量精度.【期刊名称】《长春工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(014)004【总页数】4页(P67-70)【关键词】精密单点定位;手持GPS接收机;精度【作者】朱伟刚;田厚勇;王琳琳【作者单位】长春工程学院勘查与测绘工程学院,长春130021;长春工程学院勘查与测绘工程学院,长春130021;长春工程学院勘查与测绘工程学院,长春130021【正文语种】中文【中图分类】P228.40 前言手持GPS接收机是一种结合了掌上电脑技术、GPS测量技术、无线通信技术的高集度测量终端设备。
其具有体积小、便于携带、可全天候独立作业的特点，现已广泛应用于地理信息数据采集。
由于手持GPS接收机采用的是伪距法定位原理，其具有定位速度快，且无多值性问题等优点，但伪距法定位精度低，其定位误差为10～30m，不能满足常规测量定位精度要求。
如果使用一定的方法和技术将手持GPS接收机的定位精度提高，将其应用于测量的外业工作中，将极大地减少人力物力，提高外业工作效率［1］。
现阶段对于手持GPS接收机的精度提升可利用SBAS技术、连接CORS站以及PPP技术。
SBAS是Satellite Based Augmentation Systems的缩写，是利用地球静止轨道卫星建立的地区性广域差分增强系统，其通过地球静止卫星（GEO）发布包括GPS卫星星历误差改正、卫星钟差改正和电离层改正的信息。
CORS系统是指连续运行卫星定位服务综合系统（Continuous Operational Reference System），其可以向移动站发送整体的误差改正，包括GPS的轨道误差、电离层、对流层和大气折射引起的误差。
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
03-6.5 精密单点定位技术
单频BDS精密：定位方法
由于双频定位模型的使用并不十分方便 ，考虑单频BDS接收机的码和载波精 密观测模型：
j L1
R
cd k
cdj cdj GD Nhomakorabead j orb
d j rel
d
M
IF
d j ion
d j trop
v
j L
1
j L1
R
cd k
cd
j
d j orb
d
M
IF
d j ion
差分技术往往需要地面布设有一定密度（30~50km）的GPS基准站，但对于 一些难以到达的地区、根本无法保证足够密度的基准站，甚至找不到近距离的基准 站。同时，传统的标准单点定位技术，尽管只需要一台GPS接收机就可以进行实时 导航定位，但精度低，满足不了许多高精度定位用户的精度要求。
精密单点定位（Precise Point Positioning, PPP）技术集成了标准单点定 位和差分定位优点 ，解决了定位精度与差分方法作用距离的矛盾。
要的卫星精密轨道和钟差。
其提供的服务包括：
高精度的GPS卫星星历； 地球自转参数； IGS跟踪站的坐标和速率； GPS跟踪站的时钟信息； 电离层数据； 对流层数据；
所有GPS卫星的高质量轨 道 （以优于5cm的精度）和预 测轨道（~25cm）； 以RINEX格式提供每个IGS 跟踪站的日和/或小时相位和 伪距观测。
IGS简介 ➢ 不同IGS星历产品的精度
星历类型 广播星历 预报星历(P) 预报星历(O) 快速星历 事后星历
精度 ～200cm / ~7ns
~10cm/ ~5ns 5cm / ~0.2ns 5cm / 0.1ns <5cm / 0.1ns
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N方 向 / m
MOBS站 178日 静 态 解 算 站 心 坐 标
MOBS站 178日 静 态 解 算 站 心 坐 标
0.6
0.4
RTS
RTS
IGR
IGR
0.4
IGS
IGS
0.2
0.2
E方 向 / m
0
0
-0.2 -0.2
-0.4
-0.6
-0.4
6
7
8
9
10
11
6
7
8
9
10
11
GPST / 小 时
IGC01 278579 1.44% 98.56%
IGS01 380601 1.97% 98.03%
2、产品分析：质量（用户端补救）
时域断裂实时改正数据流拉氏插值补救 1.5
改正数 / m
0 钟差补救 钟差原始 轨道径向补救 轨道径向原始 轨道切向补救 轨道切向原始 轨道法向补救 轨道法向原始
-1.5 12:53
GPST / 小 时
MOBS站 178日 静 态 解 算 站 心 坐 标 1.5
GPST / 小 时
GPST / 小 时
产品 丢失数据量 无效数据率 有效数据率
IGC01 595505 3.08% 96.92%
IGS01 650889 3.36% 96.64%
2、产品分析：质量（服务端补救）
PRN PRN
1812周 IGC01数 据 质 量 分 析 （ 275日 ）
1812周 IGS01数 据 质 量 分 析 （ 275日 ）
10
8
坐 标 互 差 值 / cm 钟 差 互 差 值 / ns
三 维 距 离 / cm
0
6
4
-5
x方 向
2
y方 向
z方 向
-10
0
271
272
273
274
275
276
277
271
272
273
274
275
276
277年积日 / 天 Nhomakorabea年积日 / 天
RTS与 事 后 精 密 钟 差 互 差
0.6
0.4
0.2
2、产品分析：质量
PRN PRN
1806周 IGCO1数 据 质 量 分 析 (231日 )
1806周 IGSO1数 据 质 量 分 析 (231日 )
30
30
25
25
20
20
15
15
10
10
5
5
0
0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
30
30
25
25
20
20
15
15
10
10
5
5
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 GPST / 小 时
0 275 275.1 275.2 275.3 275.4 275.5 275.6 275.7 275.8 275.9 276
GPST / 小 时
产品 丢失数据量 无效数据率 有效数据率
会由于网络原因产生时域断裂情况。 研究内容： ✓ 以IGS事后精密星历和钟差产品为参考，验证RTS产品精度； ✓ 尝试利用拉氏插值法解决数据流产品时域断裂问题； ✓ 利用IGS站观测数据、船载动态数据和RTS产品，进行实时PPP
定位试验。
目录
1、 研究背景 2、 产品分析 3、定位试验和精度分析 4、 总结与展望
1、 研究背景 2、 产品分析 3、定位试验和精度分析 4、 总结与展望
实时PPP流程
IGS RTS 改正数产品
Internet
拉氏 插值
是 是否时 域断裂
实时观测 数据
周跳 探测
否 组合
精密轨道 与钟差
广播星历
卫星轨道与 钟差初始值
序贯滤波 观测方程
各项误差 模型改正
实时PPP 结果
静态定位（178日MOBS站）
基于IGS RTS的 实时精密单点定位及精度分析
陈冠旭、范士杰、刘焱雄等
中国石油大学（华东） 国家海洋局海洋一所
目录
1、 研究背景 2、 产品分析 3、定位试验和精度分析 4、 总结与展望
目录
1、 研究背景 2、 产品分析 3、定位试验和精度分析 4、 总结与展望
1、研究背景
国际GPS服务（IGS）机构成立
IGC01 CoM 单历元产品 GPS IGS01 APC 单历元产品 GPS IGS02 APC 卡尔曼滤波产品 GPS IGS03 APC 卡尔曼滤波产品 GPS+GLONASS
参考系统：ITRF08
1、研究背景
存在问题： ✓ 针对RTS产品质量分析、精度验证及定位效果的研究成果较少; ✓ 基于Internet播发的实时精密卫星轨道和钟差改正数据流产品
12:54
12:55
12:56
12:57 GPST
12:58
12:59
13:00
13:01
2、产品分析：质量（用户端补救）
站心坐标 / m
MOBS站 274日 RTS动 态 解 算 结 果 （ 未 拟 合 ） 3
N方 向
2
E方 向
U方 向
1
0
-1
-2
-3
拉氏插值克服了
10
11
12
13
14
GPST / 小 时
0
-0.2
-0.4
-0.6
-0.8
271
272
273
274
275
276
277
年级日 / 天
2、产品分析：精度
X方向/cm Y方向/cm Z方向/cm 三维/cm
钟差/ns
RTS产品的精度（RMS）统计
PRN1
2.48 2.04 2.79 4.25 0.12
PRN11
3.20 1.99 2.00 4.26 0.21
1992年
IGS Final产品IGS快速产品（IGR）
1994年
IGS超快速产品（IGU） RTPP (Real-Time Pilot Project)计划
2000年 2007年
正式提供实时服务RTS（Real-Time Service） 2013年
1、研究背景
IGS RTS是基于Internet以NTRIP协议按RTCM-SSR格式播发的 实时数据流，提供基于广播星历的精密卫星轨道和钟差改正数。 标称精度：轨道5厘米，钟差0.3纳秒
MOBS站 274日 RTS动 态 解 算 结 果 （ 经 拟 合 ） 3
RTS产品时域断裂情况
N方 向
2
E方 向
U方 向
1
0
-1
-2
-3
10
11
12
13
14
GPST / 小 时
站心坐标 / m
2、产品分析：精度（PRN11为例）
RTS与 事 后 精 密 星 历 卫 星 位 置 互 差 10
5
RTS与 事 后 精 密 星 历 卫 星 位 置 三 维 距 离 12
PRN21
2.16 2.38 2.02 3.79 0.15
PRN31
1.74 2.11 1.67 3.21 0.26
总数据
2.62 2.49 2.42 4.35 0.31
经验证：以IGS最终星历和钟差为参考， 轨道精度优于3cm，钟差精度达到0.3ns
可为高精度实时精密单点定位应用提供基础数据支撑
目录