几种电离层模型对单频单点定位的影响分析
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Ｍｏｄｅｌｓ ｏｎ Ｓｉｎｇｌｅ － ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｉｎｇｌｅ － ｐｏｉｎｔ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
ＨＵ Ｇｕａｎｇｂａｏ
( Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｆｉｒｓｔ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ.ꎬ Ｌｔｄ.ꎬ Ｘｉ′ａｎ ７１００４３ꎬ Ｃｈｉｎａ)
型ꎬ将该模型用于单频 ＰＰＰꎬＰＰＰ 收敛速度以及定位精度
显著提升ꎮ 通过分析 ＧＮＳＳ 信号时延偏差特性、电离层时
空变化特征以及待估参数的相关性ꎬ辜声峰 [４] 提出了统
层延迟改正模型对于单频( 单频伪距、单频相位) 用户导
一的 ＧＮＳＳ 非差非组合模型ꎬ该方法可以灵活地扩展用于
离层组合消除电离层延迟ꎬ因此ꎬ必须采用一定的方法对
ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ. Ａｓ ｔｈｅ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｄｅｌａｙ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＳＰＰ ｉｓ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｂｙ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｓꎬ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ
ｏｆ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｄｅｌａｙ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｋｌｏｂｕｃｈａｒ ｍｏｄｅｌꎬ ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔ ｃ１ｐｇ ｏｆ ＣＯＤＥꎬ ｔｈｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｉｏｎｏ￣
测绘与空间地理信息
第 ４３ 卷 第 ３ 期
２０２０ 年 ３ 月
ＧＥＯＭＡＴＩＣＳ ＆ ＳＰＡＴＩＡＬ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ.４３ꎬＮｏ.３
Ｍａｒ.ꎬ ２０２０
几种电离层模型对单频单点定位的影响分析
胡广保
( 中铁第一勘察设计院集团有限公司ꎬ陕西 西安 ７１００４３)
摘
要:针对实时 ＧＮＳＳ 单频定位中电离层延迟改正问题ꎬ本文采用可用于实时 ＧＮＳＳ 单频定位的几种电离层模
等 [５] 提出了适用于频分多址技术以及码分多址技术的多
航定位性能尤为重要ꎮ 单频 ＰＰＰ 无法通过双差或者无电
其进行消除ꎮ Ｙａｎｇ
[１]
采用精密电离层产品作为先验信息
并实时估计电离层延迟参数ꎬ陆上和海上的两个实验结
果表明实时单频 ＰＰＰ 定位精度可以达到亚米级ꎮ 张小红
等 [２] 采用半合法来对电离层延迟进行改正ꎬ并改正其他
ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＰＰＰ ｃａｎ ｂｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｉｔｈ ｂｅｔｔｅｒ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｓ ａ ｐｒｉｏｒ
ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:ｔｈｅ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｄｅｌａｙꎻ ｓｉｎｇｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇꎻ ｐｒｉｏｒｉ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔꎻ ｐｒｅｃｉｓｅ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｏｉｎｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇꎻ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ
ｓｐｈｅｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｏｓｏｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ａｆｔｅｒ－ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｏｄｇ ｏｆ ＣＯＤＥ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｌｙ.
Ａｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｍｏｄｅｌｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｐｒｉｏｒｉ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ ｏｆ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｉｎｇｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＰＰＰ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇꎬ ｉｓ
型对电离层延迟进行改正并分析其对 ＧＮＳＳ 单频单点定位性能的影响ꎮ 其中ꎬ对单频 ＳＰＰ 的电离层延迟采用模
型直接进行改正ꎬ采用 Ｋｌｏｂｕｃｈａｒ 模型、ＣＯＤＥ 的预报产品 ｃ１ｐｇ、原国家测绘地理信息局的实时球谐电离层产品
ｃｏｓｏｎｇ 和 ＣＯＤＥ 事后产品 ｃｏｄｇ 计算的电离层精度依次提高ꎻ采用不同电离层模型作为电离层估计的先验约束进
各种误差源ꎬ开发实现单频 ＰＰＰ 定位软件 ＴｒｉＰ－ＳＦꎮ 通过
０ 引 言
单频 ＰＰＰ 定位仅单台单频接收机即可为用户提供高
精度的位置服务ꎬ该技术经济实用、简单方便ꎮ 电离层延
迟是单频 ＧＮＳＳ 定位中非常关键的误差源之一ꎬ实时电离
分析电离层 的 时 空 特 性ꎬ Ｓｈｉ 等 [３] 建 立 了 单 站 电 离 层 模
行单频 ＰＰＰ 定位ꎮ 结果表明:采用精度较好的电离层产品作为先验约束可加快单频 ＰＰＰ 收敛ꎮ
关键词:电离层延迟ꎻ单频定位ꎻ先验约束ꎻ精密单点定位ꎻ收敛
中图分类号:Ｐ２２８ 文献标识码:Ａ 文章编号:１６７２ － ５８６７(２０２０)０３ － ０１５３ － ０４
Ｅｆｆｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｅｖｅｒａｌ Ｔｙｐｅｓ ｏｆ Ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｄｅｌａｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＧＮＳＳ ｓｉｎｇｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇꎬ ｓｅｖｅｒａｌａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｒｒｅｃｔ ｔｈｅ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｄｅｌａｙꎬ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＧＮＳＳ ｓｉｎｇｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
收稿日期:２０１９－０３－０４
多系统多频率、 各类 ＧＮＳＳ 数 据 处 理ꎮ 在 此 基 础 上ꎬ Ｌｏｕ
系统多频率 ＰＰＰ 模型ꎬ该模型基于高精度先验电离层信
息ꎬ其定位性能优于传统 ＰＰＰ 模型ꎮ 因此ꎬ对于单频观测
值ꎬ利用电离层先验信息改正电离层延迟ꎬ可提高 ＰＰＰ 定
位的性能ꎮ
作者简介:胡广保(１９９１－ ) ꎬ男ꎬ陕西安康人ꎬ助理工程师ꎬ硕士ꎬ２０１８ 年毕业于武汉大学大地测量学与测量工程专业ꎬ主要从事高精
度 ＧＮＳＳ 数据处理和精密单点定位工作ꎮ
ＨＵ Ｇｕａｎｇｂａｏ
( Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｆｉｒｓｔ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ.ꎬ Ｌｔｄ.ꎬ Ｘｉ′ａｎ ７１００４３ꎬ Ｃｈｉｎａ)
型ꎬ将该模型用于单频 ＰＰＰꎬＰＰＰ 收敛速度以及定位精度
显著提升ꎮ 通过分析 ＧＮＳＳ 信号时延偏差特性、电离层时
空变化特征以及待估参数的相关性ꎬ辜声峰 [４] 提出了统
层延迟改正模型对于单频( 单频伪距、单频相位) 用户导
一的 ＧＮＳＳ 非差非组合模型ꎬ该方法可以灵活地扩展用于
离层组合消除电离层延迟ꎬ因此ꎬ必须采用一定的方法对
ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ. Ａｓ ｔｈｅ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｄｅｌａｙ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＳＰＰ ｉｓ ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｂｙ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｓꎬ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ
ｏｆ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｄｅｌａｙ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｋｌｏｂｕｃｈａｒ ｍｏｄｅｌꎬ ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔ ｃ１ｐｇ ｏｆ ＣＯＤＥꎬ ｔｈｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｉｏｎｏ￣
测绘与空间地理信息
第 ４３ 卷 第 ３ 期
２０２０ 年 ３ 月
ＧＥＯＭＡＴＩＣＳ ＆ ＳＰＡＴＩＡＬ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ.４３ꎬＮｏ.３
Ｍａｒ.ꎬ ２０２０
几种电离层模型对单频单点定位的影响分析
胡广保
( 中铁第一勘察设计院集团有限公司ꎬ陕西 西安 ７１００４３)
摘
要:针对实时 ＧＮＳＳ 单频定位中电离层延迟改正问题ꎬ本文采用可用于实时 ＧＮＳＳ 单频定位的几种电离层模
等 [５] 提出了适用于频分多址技术以及码分多址技术的多
航定位性能尤为重要ꎮ 单频 ＰＰＰ 无法通过双差或者无电
其进行消除ꎮ Ｙａｎｇ
[１]
采用精密电离层产品作为先验信息
并实时估计电离层延迟参数ꎬ陆上和海上的两个实验结
果表明实时单频 ＰＰＰ 定位精度可以达到亚米级ꎮ 张小红
等 [２] 采用半合法来对电离层延迟进行改正ꎬ并改正其他
ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＰＰＰ ｃａｎ ｂｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｉｔｈ ｂｅｔｔｅｒ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｓ ａ ｐｒｉｏｒ
ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:ｔｈｅ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｄｅｌａｙꎻ ｓｉｎｇｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇꎻ ｐｒｉｏｒｉ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔꎻ ｐｒｅｃｉｓｅ ｓｉｎｇｌｅ－ｐｏｉｎｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇꎻ ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ
ｓｐｈｅｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｏｓｏｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ａｆｔｅｒ－ｐｒｏｄｕｃｔ ｃｏｄｇ ｏｆ ＣＯＤＥ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｅｑｕｅｎｔｉａｌｌｙ.
Ａｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｍｏｄｅｌｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｐｒｉｏｒｉ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ ｏｆ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｉｎｇｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＰＰＰ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇꎬ ｉｓ
型对电离层延迟进行改正并分析其对 ＧＮＳＳ 单频单点定位性能的影响ꎮ 其中ꎬ对单频 ＳＰＰ 的电离层延迟采用模
型直接进行改正ꎬ采用 Ｋｌｏｂｕｃｈａｒ 模型、ＣＯＤＥ 的预报产品 ｃ１ｐｇ、原国家测绘地理信息局的实时球谐电离层产品
ｃｏｓｏｎｇ 和 ＣＯＤＥ 事后产品 ｃｏｄｇ 计算的电离层精度依次提高ꎻ采用不同电离层模型作为电离层估计的先验约束进
各种误差源ꎬ开发实现单频 ＰＰＰ 定位软件 ＴｒｉＰ－ＳＦꎮ 通过
０ 引 言
单频 ＰＰＰ 定位仅单台单频接收机即可为用户提供高
精度的位置服务ꎬ该技术经济实用、简单方便ꎮ 电离层延
迟是单频 ＧＮＳＳ 定位中非常关键的误差源之一ꎬ实时电离
分析电离层 的 时 空 特 性ꎬ Ｓｈｉ 等 [３] 建 立 了 单 站 电 离 层 模
行单频 ＰＰＰ 定位ꎮ 结果表明:采用精度较好的电离层产品作为先验约束可加快单频 ＰＰＰ 收敛ꎮ
关键词:电离层延迟ꎻ单频定位ꎻ先验约束ꎻ精密单点定位ꎻ收敛
中图分类号:Ｐ２２８ 文献标识码:Ａ 文章编号:１６７２ － ５８６７(２０２０)０３ － ０１５３ － ０４
Ｅｆｆｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｅｖｅｒａｌ Ｔｙｐｅｓ ｏｆ Ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｄｅｌａｙ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ＧＮＳＳ ｓｉｎｇｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇꎬ ｓｅｖｅｒａｌａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｒｒｅｃｔ ｔｈｅ ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ ｄｅｌａｙꎬ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＧＮＳＳ ｓｉｎｇｌｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
收稿日期:２０１９－０３－０４
多系统多频率、 各类 ＧＮＳＳ 数 据 处 理ꎮ 在 此 基 础 上ꎬ Ｌｏｕ
系统多频率 ＰＰＰ 模型ꎬ该模型基于高精度先验电离层信
息ꎬ其定位性能优于传统 ＰＰＰ 模型ꎮ 因此ꎬ对于单频观测
值ꎬ利用电离层先验信息改正电离层延迟ꎬ可提高 ＰＰＰ 定
位的性能ꎮ
作者简介:胡广保(１９９１－ ) ꎬ男ꎬ陕西安康人ꎬ助理工程师ꎬ硕士ꎬ２０１８ 年毕业于武汉大学大地测量学与测量工程专业ꎬ主要从事高精
度 ＧＮＳＳ 数据处理和精密单点定位工作ꎮ