北斗_GPS实时精密卫星钟差融合解算模型及精度分析_陈良

1． GNSS System Engineering Center，China Academy of Aerospace Electronics Technology， Beijing 100094 ， China； 2． Test and Beijing 100094 ， China； 3． Helmholtz Centre Potsdam，German Assessment Ｒesearch Center，China Satellite Navigation Office， Ｒesearch Centre for Geosciences（ GFZ） ，Telegrafenberg，Potsdam 14473 ，Germany
第 45 卷 第 9 期 2016 年 9 月
测
绘tica et Cartographica Sinica
Vol． 45 ，No． 9 September， 2016
． 测绘学报， 2016 ， 45 （ 9 ） ： 10281034． DOI： 10． 引文格式： 陈良， 耿长江， 周泉． 北斗 / GPS 实时精密卫星钟差融合解算模型及精度分析［J］ 11947 / j． AGCS． 2016． 20150296． CHEN Liang， GENG Changjiang， ZHOU Quan， et al． Estimation Model and Accuracy Analysis of BeiDou / GPS Ｒealtime Precise Satellite Clock Error Integrated Ｒesolving［ J］ ． Acta Geodaetica et Cartographica Sinica， 2016 ， 45 （ 9 ） ： 10281034． DOI： 10． 11947 / j． AGCS． 2016． 20150296．
Abstract： Ｒealtime highprecise satellite orbit and clock products are needed in realtime GNSS precise point positioning （ PPP） ． In this paper，Estimation model and strategy of multiGNSS precise satellite clock integrated resolving are researched and BeiDou / GPS realtime precise clock integrated estimation algorithm is realized by filter． Ｒealtime simulation test results show： the STD accuracy of BeiDou / GPS realtime clock estimated in this paper compared to GFZ multiGNSS precise clock（ GBM） is about 0． 15 ns； horizontal accuracy after convergence of GPS kinematic PPP using simulation realtime clock products estimated in this paper is better than 5 cm and vertical accuracy is better than 10 cm， respectively； in BeiDou kinematic PPP test， horizontal and vertical accuracy results are same as the results using GFZ multiGNSS precise clock（ GBM） products， and the decimeter positioning can be realized． Key words： BeiDou navigation satellite system （ BDS） ； GPS； precise clock integrated estimation； realtime PPP； accuracy analysis 2015 ］ 5138） Foundation support： State Scholarship Fund for International Innovative Aerospace Talent Project（ No．［ 摘 要： 实时 GNSS 精密单点定位（ PPP ） 技术必须使用实时的高精度卫星精密轨道和钟差。 本文研究 了精密卫星钟差融合解算模型及策略 ， 并利用滤波算法实现了北斗 / GPS 实时精密卫星钟差融合估计算
法。仿真实时试验结果显示： 获得的北斗 / GPS 实时钟差与 GFZ 事后多 GNSS 精密钟差 （ GBM ） 的标准 差在 0． 15 ns 左右； 使用该钟差进行 GPS 动态 PPP 试验， 收敛后水平精度优于 5 cm， 高程精度优于 10 cm； 使用仿真实时钟差进行的北斗动态 PPP 与使用 GFZ 事后多 GNSS 精密钟差开展的试验相比精度 相当， 可实现分米级定位。 关键词： 北斗卫星导航系统； GPS； 精密钟差融合解算； 实时 PPP； 精度分析 1595 （ 2016 ） 09102807 中图分类号： P228 文献标识码： A 文章编号： 10012015］ 5138 ） 基金项目： 国家留学基金、 航天国际化创新型人才培养项目（ ［ 北 斗 卫 星 导 航 系 统 （ BeiDou Navigation Satellite System，BDS） 是我国自主研发的全球卫 5 颗 GEO、 5 颗 星导 航 系 统。 截 至 2012 年 底， IGSO 和 4 颗 MEO 在轨运行， 初步实现亚太地区 服务能力
G j， LC
G、 B 分别代表 GPS 卫星及北斗卫星； j、 k分 式中， 别代表同一历元第 j 颗 GPS、 第 k 颗 北 斗 卫 星； PC 、 LC 、 N 为无电离层组合伪距、 载波相位观测值 及整周模糊度； ρ 是站星距离； dt 和 dT 为接收机 和卫星钟相对于同一时间基准的钟差； c 为光速； d trop 是对流层延迟； ε 为观测噪声等。 1． 2 稳 实时融合解算模型 GNSS 系 统 间 信 号 延 迟 量 δt g 变 化 较 为 平 。为实现北斗 / GPS 实时精密钟差融合解
陈
良， 等： 北斗 / GPS 实时精密卫星钟差融合解算模型及精度分析
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统精密轨道、 钟差实时估计精度难以达到精度需 求。采取北斗系统与其他 GNSS 融合解算的策略， 以提高北斗解算精度成为主要研究方向。 目前， 可通过两种解算模式获取 GNSS 卫星 的精密钟差： 模式 1 为在卫星精密定轨过程中， 将 钟差参数与轨道参数等一起估计； 模式 2 为利用 精密定轨过程中生成的超快速精密轨道及地球自 转参数等， 固定卫星轨道、 地球自转参数、 测站坐 标等， 估计精密钟差。 由于模式 1 与精密轨道同 时估计， 其中法方程中包含了大量参数 （ 轨道、 地 球自转、 对流层、 钟差、 模糊度、 站坐标等 ） ， 计算 ， （ 300 s） ， 效率不高 因此数据处理间隔通常很大 无法获得较为精细的精密卫星钟差， 且无法应用 于高精度实时钟差解算。 模式 2 中， 可利用超快 固定卫星轨道、 地球自转参数等， 大 速精密产品， 大减小法方程中参数个数， 提升计算效率， 可实时 解算卫星精密钟差。为了确保钟差精细度及实时 性， 一般基于模式 2 开展研究。 针对模式 2 ， 国内外已开展北斗 / GNSS 超快 2 —4］基 于 速精 密 轨 道 联 合 解 算 研 究， 文 献［ PANDA 软件实现了多 GNSS 融合精密定轨， 获得 的北斗卫星精密定轨径向精度优于 10 cm； 文献 ［ 5］ 给出了一种基于模糊度固定的北斗卫星多系 统融合非差精密定轨方法， 实现北斗卫星径向精 IGSO 和 MEO 径向精度基本优于 5 度优于 10 cm， cm。文献［ 6 —7］研究发现利用北斗 / GNSS 融合 轨道可实现 PPP 动态分米级的定位精度， 可见北 斗 / GNSS 融合轨道已满足北斗实时 PPP 精度要 求， 但目前鲜有组织或机构提供北斗 / GNSS 的实 时融合精密钟差产品， 这影响了北斗实时 PPP 技 术的大规模应用。 因此， 亟须开展实时卫星钟差 估计研究， 以获取精度水平高、 计算效率快、 时效 性优异的北斗 / GNSS 实时钟差产品。 针对 GNSS 实时钟差的计算， 国际 GNSS 服务 组织（ IGS） 已经开始实施实时产品计划， 目前已
北斗 / GPS 实时精密卫星钟差融合解算模型及精度分析
陈 良
1， 2， 3 1， 2 ， 耿长江 ， 周
泉
1， 2
1． 中国航天电子技术研究院卫星导航系统工程中心 ， 北京 100094 ； 2． 中国卫星导航系统管理办公室 测试评估研究中心， 北京 100094 ； 3． 德国地学研究中心， 波茨坥 14473
［89 ］ ；国 提供精度为 0． 3 ns 的 GPS 实时钟差产品 内外学者对导航卫星实时精密钟差估计算法 、 模
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北斗 / GPS 精密钟差融合解算模型
观测方程
在双频数据处理中一般采用无电离层组合观 测值消除电离层， 如果选取统一时间基准， 考虑到 接收终端北斗系统相对于 GPS 系统间信号延迟 量 δt g ， 则 北 斗 / GPS 无 电 离 层 组 合 非 差 观 测 方 程为
［14 15 ］
本文采取历元间单差方法消除连续历元的模 算， 糊度参数及接收终端信号延迟量， 历元间单差无 电离层组合误差观测方程为 vG i +1） = ΔρG i +1） +c（ Δdt（ i， i +1） － PC（ i ， j， j （ i， G G i +1） ） +Δd j， i +1） + ΔdTj （ i， trop（ i ， G i +1） －ΔPC G i +1） Δε k ， PC（ i ， k （ i， G vG （ i ， i +1 ） = （ i ， i +1 ） + c （ d t （ i ， i +1 ） － Δ ρ Δ LC j， j G i +1） ） +Δd G i +1） + ΔdTj （ i， trop（ i ， j， G i +1） －ΔLC G i +1） Δε j ， j （ i， LC（ i ， B B v k， i +1） = Δρk （ i， i +1） +c（ Δdt（ i， i +1） － PC（ i ， B i +1） ） +Δd B i +1） + ΔdTk （ i， trop（ i ， k， B B （ i ， i +1 ） － PC （ i ， i +1 ） Δε k ， Δ PC k vB i +1） = ΔρB i +1） +c（ Δdt（ i， i +1） － k， LC（ i ， k （ i， B i +1） ） +Δd B i +1） + ΔdTk （ i， k， trop（ i ， B i +1） －ΔLC B i +1） Δε k ， LC（ i ， k （ i， （ 2） v（ i ， i +1 ） 为跟踪站当前历元观测残差相对 式中， i + 1 ） 为测站与卫星 于上一历元的变化值； Δρ （ i，