BDSGNSS实时精密单点定位算法研究与实现
基于M ATLAB 的BDS单点定位程序设计及精度分析
基于M ATLAB 的BDS单点定位程序设计及精度分析作者：王皓来源：《科技创新与生产力》 2018年第11期摘要：本文系统地研究了北斗卫星导航系统（BDS）伪距单点定位的相关理论与方法，利用误差改正后的观测方程进行伪距单点定位，并对电离层误差、对流层误差、多径效应误差、卫星星历误差等进行改正。
利用MATLAB软件编写数据处理程序，得到xls和txt格式的坐标、残差数据、残差图以及卫星的PDOP图、GDOP图、HDOP图和VDOP图。
使用上海佘山国际GPS服务（IGS）观测站的数据进行精度实验，对相关数据进行了计算，得到了有关差值数据的相关统计，并结合中误差以及残差情况分析计算结果。
计算结果表明，该数据处理程序在X方向上的定位精度在15 m以内，在Y方向和Z方向上的定位精度都在10 m以内。
关键词：北斗卫星导航系统；BDS；伪距单点定位；定位误差；误差改正；MATLAB中图分类号：P228.4；O241.1 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2018.11.075全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）可以为陆地和海上用户提供全球、全天候、高精度的测距、定速和定时服务，并已成为人类获取位置和时间信息的重要手段。
GNSS在军事、社会与经济发展中都发挥着重要的作用，各大国都争先恐后发展独立自主的导航卫星系统[1]。
中国也紧跟美国、俄罗斯和欧盟的步伐，正在建设中国自己的卫星导航系统——北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite System，BDS）。
长期以来，GNSS的导航与定位主要依赖于全球定位系统（Global Positioning System，GPS），有研究指出其定位精度可以实现静态厘米级、动态分米级。
BDS的建立将打破GPS在我国的统治地位[2]，基于BDS的测量试验有待于更深层次的开展，区域系统的单点定位应用的相应技术指标还没有得到全面、系统性的论证。
GNSS高精度实时定位的研究与实现的开题报告
GNSS高精度实时定位的研究与实现的开题报告一、选题背景全球导航卫星系统(GNSS)是一种用于全球定位的技术，该技术在地理信息、航海、车辆导航、气象预报和军事等领域得到了广泛的应用。
GNSS的应用越来越广泛，对定位精度的要求也越来越高，尤其是在无人驾驶、航空航天等领域中，需要高精度的实时定位技术。
传统的GPS定位精度较低，只能达到数米的水平精度，无法满足高精度定位的需求。
为了满足高精度定位的需求，人们提出了多种方法和技术，如采用高精度GPS接收机、使用多个接收机差分定位、使用地基增强技术(DGPS)等，这些方法和技术虽然能够提高定位精度，但在应用中存在一些问题，如成本高、设备大型化、无法满足实时定位要求等。
因此，GNSS高精度实时定位技术成为了当前研究的热点和难点。
二、选题内容本课题旨在研究和实现GNSS高精度实时定位技术，具体内容包括：1. 研究GNSS高精度实时定位的算法和方法，包括GNSS接收机的硬件和软件设计、GNSS信号处理、多传感器数据融合、误差分析和校准等。
2. 实现GNSS高精度实时定位系统，包括硬件设计和软件实现。
系统应该具有实时性、高精度、可靠性和可扩展性等特点。
同时，系统应该支持多种GNSS信号和数据，如GPS、GLONASS、北斗等。
3. 设计实验验证方案，评估系统在不同场景和环境中的定位性能和准确度，如城市峡谷、森林、高速公路等。
三、研究意义该课题的研究成果将具有以下意义：1. 提高GNSS定位精度和实时性，满足无人驾驶、航空航天、海洋等领域的高精度定位需求。
2. 降低GNSS定位成本和设备规模，提高系统的可扩展性。
3. 对GNSS中误差的研究和校准方法提供研究方法和思路，能够在GNSS精度提高的同时提高整个行业的研究水平。
四、研究方法本课题采用以下研究方法：1. 文献综述：对GNSS定位的相关文献和算法进行综合和排查。
2. 硬件设计：设计高精度GNSS接收机，并与其他传感器进行数据融合。
全球导航卫星系统中的精密定位算法研究与实现
全球导航卫星系统中的精密定位算法研究与实现摘要：随着科技的发展，全球导航卫星系统（GNSS）在许多领域中变得越来越重要。
而精密定位算法则是GNSS系统中至关重要的一部分。
本文将介绍全球导航卫星系统中的精密定位算法的研究和实现，并探讨其在实际应用中的意义。
1. 引言全球导航卫星系统（GNSS）是一种基于卫星测量和定位技术的系统，用于提供全球范围内的精准定位和时间参考。
目前，最为广泛使用的GNSS是美国的GPS（全球定位系统）。
而精密定位算法是GNSS系统中的核心技术之一，其通过对卫星信号的接收和处理，能够提供高精度的位置、速度和时间信息。
2. GNSS中的精密定位算法2.1 信号接收与处理精密定位算法首先需要接收卫星发射的信号，通常是通过GNSS接收机来实现。
接收机负责对接收到的信号进行解调、解码和滤波处理。
接收到的信号中包含了卫星的位置、速度和时钟等信息，精密定位算法需要根据这些信息来计算用户的位置。
2.2 定位计算在接收信号的基础上，精密定位算法通过估计用户和卫星之间的距离来计算用户的位置。
常用的定位算法有最小二乘法、扩展卡尔曼滤波（EKF）等。
这些算法通过数学模型和卫星测量数据之间的关系来求解用户的位置。
2.3 多路径干扰抑制在定位过程中，由于信号在传播过程中会发生多路径效应，即信号会产生反射和绕射导致多个到达路径。
这会导致定位误差增大。
精密定位算法需要通过抑制多路径干扰来提高定位精度。
常用的方法包括多普勒滤波、空间关联技术等。
3. 精密定位算法的实现3.1 硬件实现精密定位算法的实现需要借助先进的GNSS接收机硬件。
这种硬件通常具有高灵敏度、高动态范围和低功耗等特点，能够接收和处理较弱的卫星信号，并输出高精度的定位结果。
3.2 软件实现精密定位算法的实现也需要依赖软件。
其中，定位计算算法是关键的部分。
这种算法通常使用高性能的处理器来实现，以提高计算效率和精度。
同时，还需要考虑算法的稳定性、可扩展性和实时性。
BDS_GPS组合精密单点定位系统间偏差分析
BDS/GPS组合精密单点定位系统间偏差分析发布时间：2022-10-31T06:55:39.238Z 来源：《中国建设信息化》2022年第12期第6月作者：钟赟强[导读] 随着全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）的快速发展，卫星星座和导航信号逐渐钟赟强（重庆交通大学智慧城市学院，重庆 400060）摘要：随着全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）的快速发展，卫星星座和导航信号逐渐增加，多系统精密单点定位（Precise Point Positioning，PPP）实验条件日趋成熟。
在多系统条件下，可用观测量更多、卫星空间几何分布更合理，并且PPP收敛时间更短。
多系统PPP数据处理方法相较于单系统PPP，由于不同系统的卫星型号、系统的时间基准、坐标框架存在差异，多系统PPP受到系统性偏差的影响，此类偏差的特性是目前多系统数据融合处理中需要解决的问题。
本文围统BDS/GPS组合PPP中的系统间偏差进行研究。
关键次：BDS/GPS，精密单点定位，系统间偏差，预测模型一.引言进入21世纪以来，全球卫星导航系统迎来迅速发展，美国的GPS、欧盟的Galileo、俄罗斯的GLONASS以及中国的北斗卫星导航系统（BDS）均达到了定位服务覆盖全球的能力，日本的QZSS为GPS的辅助系统。
我国的BDS于2020年6月23号发射第35颗卫星，标志着北斗卫星系统的正式建成[1]。
对于利用单GPS系统进行PPP处理时，这种硬件延迟误差会被吸收到接收机钟差项中进行改正，但是利用多系统进行PPP处理时，硬件延迟是一种依托于系统的参数，不同的系统之间有不同的硬件延迟和时间基准。
目前针对这个问题的解决方法是引入一个系统间偏差（inter-system biases，ISB）参数作为GNSS系统时间基准和硬件延迟的偏差参数。
GNSS精密单点定位算法研究与精度分析
GNSS精密单点定位算法研究与精度分析
GNSS精密单点定位技术不需要借助于基准站即可实现高精度的定位和导航,由于其导航定位的灵活性在各个应用领域有着广阔的市场和前景。
论文围绕GPS+GLONASS+BDS三系统精密单点定位组合模型展开研究,涵盖精密单点定位数学模型和参数估计方法、非差观测数据周跳探测与修复、抗差Kalman滤波模型、多系统精密单点定位融合和精度分析等方面。
主要内容和结果如下:(1)针对非差观测数据周跳探测成功率较低的问题,尤其是低采样率数据和电离层活跃条件下,基于斜路径电离层延迟预报模型修正无几何相位组合观测值,研究针对GNSS双频非差载波观测数据的周跳探测与修复算法。
结果表明,该算法能够充分利用已有观测数据,有效提高了周跳探测和修复成功率。
(2)针对精密单点定位载波和伪距两类观测值粗差对定位结果的影响,本文基于验后残差向量引入了抗差因子和观测权矩阵,构建了GNSS抗差Kalman滤波模型。
结果表明,该算法能够有效克服载波和伪距粗差对定位结果的影响。
(3)分别从定位精度和收敛速度两方面入手,研究不同系统组合和可见卫星数对定位结果的影响。
结果表明,在单GPS系统卫星数较多的条件下,引入其他系统数据可以较明显地提高双系统和三系统组合定位的收敛速度,但对收敛后的定位精度提高不大;当单GPS系统卫星数较少的条件下,引入其他系统数据可以明显地提高双系统和三系统组合的收敛速度,同时对定位精度也有明显的改善。
BDSGPS组合精密单点定位关键技术研究
BDS/GPS组合精密单点定位关键技术研究全球导航卫星系统深刻地改变了人们的生活方式,极大地促进了社会进步,在民用和军事领域都发挥着至关重要的作用。
精密单点定位技术仅需单台接收机便可以完成定位任务,具有机动灵活、不受作业距离限制、使用成本低等特点。
PPP技术最早用于高精度坐标参考框架的维持,此后扩展至大地测量和地球动力学等诸多领域,在气象研究、形变监测、地震预警、低轨卫星定轨等方面得到了广泛使用,具有重要的应用价值。
随着GNSS的快速发展,卫星星座和导航信号越来越丰富,精密产品的精度也越来越高,多系统PPP实验条件日趋成熟。
在多系统条件下,可用观测量更多、卫星几何构型更强、平差系统冗余程度更高,多系统PPP可以提高定位的精确性、可用性和可靠性,并有效缩短初始化时间,是当前GNSS领域的研究热点。
多系统PPP数据处理方法与单系统PPP相比,既存在相似之处,也有自身特点。
由于不同系统的卫星类型、系统参考时间和硬件延迟存在差异,多系统PPP 受到更多系统性偏差的影响,此类偏差的稳定性分析和处理方法是目前亟待解决的问题,多系统PPP数据融合处理方法还有待进一步研究。
论文围绕BDS/GPS组合PPP关键技术,主要从系统间偏差、硬件延迟偏差、电离层延迟误差和多系统融合4个方面开展研究,主要工作和创新点如下:(1)利用长期数据分析了ISB单天和一周稳定性,探讨了使用不同精密产品和不同类型接收机所得ISB的特性。
试验结果表明:ISB单天稳定性较好,单天标准差约为0.5ns,而不同年份数据ISB周平均值和周标准差的差异较大;同一测站使用不同精密产品计算得到的ISB周平均值之间存在系统性偏差,且不同测站的该系统性偏差大小基本相同;ISB周平均值与接收机类型有关。
(2)针对传统ISB预报方法忽略了拟合数据权重不同的问题,提出一种改进的ISB建模和预报方法。
该方法采用Kalman滤波估计ISB模型参数,并根据ISB拟合数据距离预报时刻的远近调整其方差,充分利用拟合数据的时空相关性,从而提高了ISB预报精度。
导航卫星实时精密钟差确定及实时精密单点定位理论方法研究
导航卫星实时精密钟差确定及实时精密单点定位理论方法研究导航卫星实时精密钟差确定及实时精密单点定位理论方法研究摘要：本文针对导航卫星系统中的实时精密钟差确定和实时精密单点定位问题进行研究。
基于导航系统中的时钟误差对定位精度的影响，采用实时精密钟差确定方法和实时精密单点定位方法来提高导航系统定位精度。
通过对GPS导航卫星系统的钟差和定位原理的分析，整理总结了实时精密钟差确定和实时精密单点定位的理论方法及研究成果。
实验结果表明，本文提出的方法能够有效提高导航系统的定位精度，并具有实用价值。
1. 引言导航卫星系统是一种利用卫星定位技术来确定目标在地球上位置的系统，其定位精度直接受到卫星时钟误差的影响。
在传统的导航系统中，由于卫星时钟误差无法实时准确确定，导致定位精度存在一定的误差。
因此，本文通过对导航系统中的时钟误差进行研究，提出了实时精密钟差确定方法和实时精密单点定位方法，来提高导航系统的定位精度。
2. 实时精密钟差确定方法2.1 导航卫星系统钟差影响分析导航卫星的时钟误差是由多种因素引起的，包括卫星运动引起的相对论效应、卫星天线非球面引起的钟差、大气湿度引起的钟差等。
这些因素的累积作用导致导航系统的定位误差。
2.2 实时精密钟差确定理论方法针对导航系统中的实时精密钟差确定问题，本文提出了基于最小二乘法的实时精密钟差确定方法。
该方法通过对接收到的卫星信号进行多频率和多历元观测数据处理，使用多参数拟合器估计卫星时钟误差，进而实时确定精密钟差。
3. 实时精密单点定位方法3.1 导航卫星系统定位原理分析导航卫星系统定位原理是通过接收多个卫星信号，利用卫星位置信息和卫星到接收机的距离计算得出接收机的位置。
然而，由于导航卫星系统中的时钟误差，导致定位精度存在误差。
3.2 实时精密单点定位理论方法为了提高导航系统的定位精度，本文提出了基于精密钟差的实时精密单点定位方法。
该方法利用实时精密钟差确定的结果，对接收到的卫星信号进行修正，提高了定位精度。
GNSS精密单点定位基本原理及应用
GNSS精密单点定位基本原理及应用【摘要】文中详细介绍了GN SS精密单点定位技术的基本原理及在各领域中的应用前景，供国土测绘界同行参考。
【关键词】GN SS；精密单点定位；大地测量1.前言精密单点定位是指利用全球若干地面跟踪站的GNSS观测数据计算出的精密卫星轨道和卫星钟差，对单台GNSS接收机所采集的相位和伪距观测值进行定位解算，利用这种预报的GNSS卫星的精密星历或事后的精密星历作为已知坐标起算数据；同时利用某种方式得到的精密卫星钟差来替代用户GNSS定位观测值方程中的卫星钟差参数；用户利用单台GNSS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的任意位置都可以2- 4dm级的精度，进行实时动态定位或2- 4cm级的精度进行较快速的静态定位，精密单点定位技术是实现全球精密实时动态定位与导航的关键技术，也是GNSS 定位方面的前沿研究方向。
2.精密单点定位基本原理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，其优点是一台接收机单独定位，观测组织和实施方便，数据处理简单。
缺点是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，保持GNSS卫星钟同GNSS接收机钟同步；GNSS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；GNSS卫星钟和GNSS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。
精密单点定位为技术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GNSS 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，高程精度可达2- 4cm，实时定位的精度可达分米级。
基于GPS和BDS组合精密单点定位精度分析
基于GPS和BDS组合精密单点定位精度分析张震【摘要】Beidou navigation positioning system ( BDS) has begun to provide such services as continuous passive po-sitioning,navigation and timing to most areas of the Asia Pacific since the end of 2012.In the article,theory of GPS and BDS precise point positioning (PPP) is described briefly.The ionosphere-free model and Kalman filtering model are given here.Then several static and dynamic measurement data of GPS and BDS are used to calculate PPP .Before calcu-lating the station position , we correct the tropospheric delay , relative error , the earth rotation error and so on .And we make a comparison of standalone experiment result between BDS and GPS .The experimental results show to us that the number of visible GPS satellites is a little more than BDS normally ,but sometimes just the opposite .The constellation of BDS is well and it has good performance .Therefore,the precision of static PPP reaches to 9.89 cm and the dynamic ex-periment reaches to the level of dm.As to the positioning trajectory,the BDS’s is just the same as the dynamic GPS’s, which conforms to the demand of BDS design .When combined GPS and BDS, we get a more precise result with static precision 1~2cm and the dynamic result within 10cm.%北斗定位导航系统（ BDS）于2012年底开始向亚太大部分地区正式提供连续无源定位、导航、授时等服务。
GNSS 单点定位的程序实现及分析
科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·52·2021年第07期文章编号：2095－6835（2021）07－0052－02GNSS单点定位的程序实现及分析冯鹏睿，徐泮林，高明超（山东科技大学测绘科学与工程学院，山东青岛266590）摘要：在全球卫星导航系统（GNSS）数据处理领域，伪距单点定位是经常涉及的问题，并广泛应用于实时位置导航、提供RTK实时卫星位置及钟差等场合。
基于Microsoft Visual studio编程环境，自主开发了具有单点定位基本功能的程序算法，该程序可以计算观测时段内任意时刻的卫星瞬时坐标，可根据精度强弱度（PDOP）值对参与单点定位的卫星进行预处理，获取尽可能准确的批历元或某特定历元的单点定位坐标，并验证了问题解决的正确性和程序编写的合理性。
关键词：GNSS；单点定位；广播星历；程序实现中图分类号：P228.4文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2021.07.0171引言全球定位系统（GPS）为GNSS最具代表性的部分，很多国内外学者都专注于此领域的研究，伪距单点定位技术发展已经相当成熟。
但查阅已发表的文献发现，伪距单点定位程序的编写在相当多的文献中仅是一笔带过，许多文献都并未对程序进行详细的解读，这给学习GPS编程中遇到问题的读者带来了很大的困扰，需要额外浪费大量的研究时间去摸索程序的编写。
因此，自主开发改进程序设计，实现GPS 单点定位的各项功能显得尤为重要。
2GPS定位的时间系统和坐标系统2.1GPS时间系统GPS时是全球定位系统GPS使用的一种时间系统。
它是由GPS的地面监控系统和GPS卫星中的原子钟建立、维持的一种原子时，其起点为1980-01-06T00：00：00。
在起始时刻，GPS时与UTC对齐，这两种时间系统所给出的时间是相同的。
由于UTC存在跳秒，经过一段时间后，这两种时间系统中就会相差n个整秒，n是这段时间内UTC的积累跳秒数，随时间的变化而变化。
基于GNSS网络的实时精密单点定位及精度分析
Ｄ Ｉ ０３６／． ｓ．０１５３．０００．０ Ｏ ： ．９９ｊｉ ｎ００—７３２１． ６０８ １ ｓ
பைடு நூலகம்中 图分类 号
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收 稿 日期 ２０—（２ ，００ ５０ 收修定 稿 ０９１ ９２１— —７ ＞ ０
果 分 别 进 行 了 比较 、 析 ． 果 表 明 ， 对钟 差 的历 元 间差 值 与 Ｉ 分 结 相 ＧＳ的 最 终 星 历相 比其 精 度 可 以 达 到 ０ ０ ｓ每 小 ． ８ｎ ；
时 观 测 的 实 时 静 态 定位 结果 在 Ｎ、 ｕ 三个 方 向 的精 度 分 别 为 １ ４ 、．２ ４ ０ ｌ． 态 模 式 ， 时 结 果 在 Ｎ、 ｕ Ｅ、 ．７ ３ ６ 、． ９ＣＩ动 Ｔ 实 Ｅ、 三 个 方 向 的精 度分 别 为 ２ ６ 、． ２ ５ ２ Ｉ． 采 用 Ｉ Ｓ最 终 轨 道 和 钟 差 解 算 的结 果相 比较 ， 时计 算结 果 优 于采 ． ３ ３ ８ 、． ０ｃ 与 ｎ Ｇ 实 用 精 密 轨 道 和 精 密 钟差 计 算 结 果 ．
１ ． ９ ９ ｊｉｓ ． ０ １ ５ ３ ． ０ ０ ０ ． ０ ０ ３ ６ ／．ｓ ｎ ０ ０ — ７ ３ ２ １ ． ６ ０ ８
Ｌ Ｊ，Ｗ ａ ｇＪＸ，Ｃｈ ｎＪＰ，ｅ １ Ｔｈ ｅ ｌ ａ ｉｎ ａ ｄａ ａｙ ｉ ｏ ｉＨ ｎ ｅ ｔａ． ｅｒａｉ ｔｏ ｎ ｎ ｌｓｓ ｆＧＮＳ ｅｗｏ ｋ ｂ ｓ ｄｒａ—ｉ ｒｃｓ ｏｎ ｏ ｉｏ ｉｇ ｚ Ｓ ｎ ｔ ｒ ａ ｅ ｅｌｔ ｍｅｐ ｅｉｅｐ ｉｔｐ ｓｔ ｎｎ ． ｉ
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导航卫星实时精密钟差确定及实时精密单点定位理论方法研究
导航卫星实时精密钟差确定及实时精密单点定位理论方法研究一、本文概述随着全球导航卫星系统（GNSS）的快速发展和广泛应用，导航卫星实时精密钟差确定及实时精密单点定位（Real-Time Precise Point Positioning，RT-PPP）技术已成为现代大地测量和导航领域的研究热点。
这些技术不仅能够提供高精度、高可靠性的定位服务，还能有效支持各种实时应用场景，如智能交通、无人机导航、灾害监测等。
本文旨在深入研究导航卫星实时精密钟差确定及实时精密单点定位的理论方法，为提高定位精度和效率提供理论支持和技术指导。
本文首先介绍了导航卫星系统的基本原理和实时精密钟差确定的重要性，阐述了钟差对定位精度的影响以及实时钟差确定的必要性。
接着，详细分析了实时精密钟差确定的主要方法和技术，包括卫星钟差建模、钟差估计方法、数据融合处理等方面。
在此基础上，本文进一步探讨了实时精密单点定位的理论框架和关键技术，包括观测方程建立、误差处理、参数估计等方面。
本文的研究不仅对提高导航卫星系统的定位精度和实时性具有重要意义，也为相关领域的技术创新和应用拓展提供了有益的参考和借鉴。
通过本文的研究，我们希望能够为导航卫星实时精密钟差确定及实时精密单点定位技术的发展和应用提供理论支撑和技术指导。
二、导航卫星实时精密钟差确定方法导航卫星的实时精密钟差确定是卫星导航系统中的重要环节，对于提高定位精度和可靠性具有关键作用。
随着技术的不断发展，对于卫星钟差的确定方法也在不断进步。
本文将对导航卫星实时精密钟差确定方法进行深入研究和分析。
钟差模型是描述卫星钟差随时间变化的数学模型。
通常，钟差模型可以采用多项式或时间序列模型进行拟合。
在实时精密钟差确定中，需要利用观测数据对钟差模型中的参数进行估计。
常用的参数估计方法有最小二乘法和卡尔曼滤波等。
为了确定卫星的实时精密钟差，需要利用地面接收站观测到的导航卫星信号数据。
这些观测数据包括伪距、载波相位等。
GNSS精密单点定位算法研究与实现
GNSS精密单点定位算法研究与实现高精度GNSS单点定位是空间测量技术的热点，GNSS精密单点定位（PPP）数据处理模型的不断完善使其在测绘等各个领域得到广泛应用，但其周跳探测及修复和模糊度解算两大关键问题仍存在不足。
本文研究GNSS PPP的周跳探测及修复和模糊度解算的新方法，并自主开发GNSS PPP软件以验证提出的新方法的可靠性和有效性，主要研究内容如下：1）精密单点定位与差分定位主要区别之一在于精密单点定位需要对更多的误差源进行改正。
本文首先分析了GNSS PPP各项误差特性及其对解算精度的影响机理，给出了各项误差源的量级。
通过不同模型实验结果对比，确定最优改正模型，以提高GNSS PPP导航定位精度；2）数据预处理方法直接影响卡尔曼滤波的收敛速度和GNSS PPP的解算精度与可靠性，周跳探测及修复是其关键问题之一。
研究GNSS PPP非差观测值周跳探测及修复问题，提出基于经验模态分解（EMD）异常值检测的周跳探测方法。
该方法分析观测信息的信号特征及信号的异常值特性，通过检测信号的异常值判断周跳发生的位置与大小，并通过实例验证该方法的适用性；3）研究了TECR/M-W组合周跳探测及修复算法，针对电子含量变化率（TECR）无法准确探测采样间隔较大（如30s）数据周跳的问题，提出利用TECR 预测值与实测值的残差作为检验量进行周跳探测方法，消除TECR算法中时间项的影响。
实验结果表明：改进的TECR/M-W组合周跳探测及修复算法充分利用两种算法的优点，提高了周跳探测及修复效率，对任意采样间隔、大小和不同组合的周跳均能有效探测并修复；4）介绍了目前常用的PPP模糊度解算方法，在此基础上通过推导浮点模糊度、宽巷组合模糊度与窄巷模糊度三者之间关系，提出无基站PPP模糊度解算方法。
利用SOPAC提供的ITRF坐标以及GAMIT解算结果作为真值，对全球IGS站数据与实测数据解算结果与之对比，验证提出的无基站PPP 模糊度解算方法的解算精度和可靠性。
基于精密单点定位的GNSS时间同步方法研究
㊀㊀第５１卷㊀第２期测㊀绘㊀学㊀报V o l．５１,N o．２㊀２０２２年２月A c t aG e o d a e t i c ae tC a r t o g r a p h i c aS i n i c a F e b r u a r y,２０２２引文格式:吕大千．基于精密单点定位的G N S S时间同步方法研究[J]．测绘学报,２０２２,５１(２):３１５．D O I:１０．１１９４７/j．A G C S．２０２２．２０２００４５８．LÜD a q i a n．R e s e a r c h o n G N S St i m es y n c h r o n i z a t i o n m e t h o d b a s e do n p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g[J]．A c t a G e o d a e t i c ae tC a r t o g r a p h i c aS i n i c a,２０２２,５１(２):３１５．D O I:１０．１１９４７/j．A G C S．２０２２．２０２００４５８．基于精密单点定位的G N S S时间同步方法研究吕大千１,２１．国防科技大学电子对抗学院,安徽合肥２３００３７;２．通信信息控制和安全技术重点实验室,浙江嘉兴３１４０３３R e s e a r c ho n G N S S t i m e s y n c h r o n i z a t i o n m e t h o d b a s e d o n p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n gLÜD a q i a n１,２１．C o l l e g e o fE l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g,N a t i o n a lU n i v e r s i t y o fD e f e n s e T e c h n o l o g y,H e f e i２３００３７,C h i n a;２．T h e S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y o nC o m m u n i c a t i o n I n f o r m a t i o nS e c u r i t y C o n t r o l L a b o r a t o r y,J i a x i n g３１４０３３,C h i n a㊀㊀高精度时间服务是国家综合P N T(p o s i t i o n i n g, n a v i g a t i o n,t i m i n g)体系的重要组成部分,在国防军事㊁移动通信㊁天文观测等领域中发挥着重要作用.论文采用全球导航卫星系统G N S S授时的方式,提出了一种基于精密单点定位(P P P)技术的时间同步方法.该方法根据P P P时间传递结果驾驭本地时钟,使本地时钟所表示的本地时间与基准时间同步,可以达到亚纳秒级的时间同步精度,并且具备全天候㊁全覆盖㊁高精度㊁低成本等优点.论文围绕P P P时间同步这一核心问题,按照从事后模式到实时模式㊁从理论研究到工程实现的研究主线,主要内容如下:(１)P P P参数估计方法改进与误差补偿问题.研究了基于先验坐标约束的扩展K a l m a n滤波方法来提升P P P时间传递性能;研究了基于整数相位钟法的模糊度固定方法,提出了适用于定时计算的模糊度固定与质量控制策略,采用假设检验㊁统计决策㊁残差检验等多种方法对模糊度固定各个阶段进行质量控制;研究了针对G L O N A S S伪距频间偏差和B D S星端多径误差的补偿方法.试验结果表明,上述参数估计改进与补偿方法均能够有效提升P P P时间传递性能.(２)事后条件下的P P P时间传递问题.研究了多系统观测数据融合处理中的误差改正问题,提出一种基于G P S/G L O N A S S/B D S/G a l i l e o的多模G N S SP P P时间传递算法;针对P P P时间传递中的日界问题,提出基于钟差重收敛(c l o c k i n s t a n t a n e o u s r e i n i t i a l i z a t i o n)的多模G N S S P P P和整数相位钟时间传递算法.主要研究结论为:①基于多模G N S SP P P和整数相位钟法的时间传递均存在不同程度的日界问题;②钟差重收敛算法不仅能够解决时间传递的日界问题,而且可以削弱P P P参数估计过程中的未建模噪声误差,进一步提升基于多模G N S S和整数相位钟法的P P P时间传递性能.(３)实时条件下的P P P时间传递与监测问题.首先介绍了时间监测的具体含义;然后以C L K９３实时星历产品为例,比较分析了G P S㊁G L O N A S S㊁B D S和G a l i l e o的产品质量;在现有G P SP P P时间传递与监测方法基础上,提出了基于G P S/G L O N A S S/B D S/G a l i l e o的多模G N S S P P P时间传递与监测算法㊁多模G N S S混合相位钟法的时间传递与监测算法,研究了多模G N S S混合相位钟法的相位偏差和伪距偏差改正问题;最后综合比较上述多种时间传递与监测算法性能.主要研究结论为:①现阶段,模糊度固定解技术对时间传递与监测的性能提升要优于多模G N S S观测值;②多模G N S S观测值的加入可以增强P P P时间传递的可靠性,同时运用多模G N S S观测值和模糊度固定解技术进行时间传递与监测的性能最优.(４)基于P P P技术的时间同步问题.针对分布式系统时间同步对高精度和灵活性的双重需求,提出了一种P P P时间同步方法.分析了P P P时间同步特点和场景要求;解决了分布式高精度时间同步的时间基准选择问题;设计了P P P时间同步测试系统的软件和硬件实现.最后通过硬件系统实验测试了G P SP P P和多模G N S SP P P 时间同步性能.主要研究结论为:①P P P时间同步方法适用于解决广域空间内稀疏分布式系统的时间同步问题;②在现有众多实时精密星历产品中,C L K５３和C L K８０的产品质量和时间基准稳定度较好,可以为P P P 时间同步提供时间基准支持;③G P SP P P时间同步均方根误差约为０．４１n s,多模G N S SP P P时间同步性能约为０．３３n s.中图分类号:T N９６１．０㊀㊀㊀㊀文献标识码:D文章编号:１００１Ｇ１５９５(２０２２)０２Ｇ０３１５Ｇ０１收稿日期:２０２０Ｇ０９Ｇ２１作者简介:吕大千(１９９０ ),男,２０２０年６月毕业于国防科技大学,获工学博士学位(指导教师:曾芳玲教授),研究方向为精密单点定位技术及其在时间同步中的应用.A u t h o r:LÜD a q i a n(１９９０ ),m a l e,r e c e i v e d h i s d o c t o r a ld e g r e ef r o m N a t i o n a l U n i v e r s i t y o f D e f e n s e T e c h n o l o g y o n J u n e２０２０,m a j o r s i n p r e c i s e p o i n t p o s i t i o n i n g a n d i t sa p p l i c a t i o n i n t i m es y n c h r o n i z a t i o n．EＧm a i l:d q_l y u＠h o t m a i l．c o m。
BDS实时精密单点定位性能分析
doi:10.3969/j.issn.1003-3106.2023.05.004引用格式:李燕敏,艾孝军,贺凯盈.BDS 实时精密单点定位性能分析[J].无线电工程,2023,53(5):1024-1031.[LI Yanmin,AI Xiaojun,HE Kaiying.Performance Analysis of BDS Real-time Precision Point Positioning [J].Radio Engineering,2023,53(5):1024-1031.]BDS 实时精密单点定位性能分析李燕敏1,艾孝军2∗,贺凯盈1(1.陕西铁路工程职业技术学院测绘与检测学院,陕西渭南714099;2.湖北省电力勘测设计院有限公司,湖北武汉430040)摘㊀要:以GFZ 事后精密轨道与钟差产品为参考,评估CNES 实时轨道与钟差精度㊂基于CNES 实时轨道和钟差,对18个MGEX 地面站进行了实时精密单点定位(Real-Time Precise Point Positioning,RT PPP)测试,以GPS 为参考分别对比分析了BDS3㊁BDS2+3的RT PPP 的性能㊂结果表明,GPS 实时轨道三维精度优于11cm,实时钟差精度约为0.02~0.06ns,BDS 非GEO 卫星实时轨道三维精度优于33cm,钟差精度约为0.05~0.29ns㊂BDS 与GPS 三维定位精度基本相当,约为5~6cm㊂GPS 平均收敛速度约为59min,BDS 平均收敛时间约为124min㊂相对于BDS3㊁BDS2+3在E㊁N㊁U 三方向的定位精度分别提升9.9%㊁6.7%㊁2.6%,3D 定位精度提升5.8%,收敛速度提升20.2%㊂关键词:实时轨道;实时钟差;实时精密单点定位精度;收敛时间中图分类号:P228文献标志码:A开放科学(资源服务)标识码(OSID ):文章编号:1003-3106(2023)05-1024-08Performance Analysis of BDS Real-time Precision Point PositioningLI Yanmin 1,AI Xiaojun 2∗,HE Kaiying 1(1.School of Surveying &Testing ,Shaanxi Railway Institute ,Weinan 714099,China ;2.Power China Hubei Electric Engineering Co.,Ltd.,Wuhan 430040,China )Abstract :Using GFZ post-event precision orbit and clock offset products as a reference,CNES real-time orbit and clock offsetaccuracy are evaluated.Based on CNES real-time orbit and clock offset,Real-Time PPP positioning tests are conducted on 18MGEXground stations,and the performance of BDS3and BDS2+3RT PPP is compared and analyzed using GPS as a reference.The results show that the GPS real-time orbit 3D accuracy is better than 11cm,and the real-time clock offset accuracy is about 0.02~0.06ns.The BDS non GEO satellite real-time orbit 3D accuracy is better than 33cm,and the clock offset accuracy is about 0.05~0.29ns.The three-dimensional positioning accuracy of BDS and GPS is basically equivalent,about 5~6cm.The average convergence speed of GPS is about 59min,and the average convergence time of BDS is about pared to BDS3,the positioning accuracy of BDS2+3in the E,N,and U directions has been improved by 9.9%,6.7%,and 2.6%,respectively.The 3D positioning accuracyhas been improved by 5.8%,and the convergence speed has been improved by 20.2%.Keywords :real-time orbit;real-time clock offset;real-time precise point positioning;convergence time收稿日期:2022-11-24基金项目:2020年陕西铁路工程职业技术学院第一批科研基金项目(KY2020-34)Foundation Item:Project of the First Batch of Scientific Research Funds ofSXRI in 2020(KY2020-34)0㊀引言精密卫星轨道与钟差产品是实现精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)的2个重要改正信息[1-2],由于早期精密卫星产品解算的滞后性[3],导致PPP 在初期只能采用事后处理模式,极大地限制了PPP 的应用范围和场景㊂为满足对全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)实时精密定位日益增长的需求,自2013年国际GNSS 服务(International GNSS Service,IGS)正式提供实时数据流服务(Real-Time Service,RTS)以来,实时精密单点定位(Real-Time Precise Point Positioning,RT PPP)的研究与应用逐渐成为研究热点[4-5]㊂北斗三号(BDS3)双频消电离层组合实时动态PPP 收敛后水平精度与垂直精度分别可达到11cm和17cm,其中B1C /B2a 双频组合在水平与垂直方向定位精度30min 分别可收敛至27.8㊁36cm;而B1I /B3I 稍差,相同时间可分别收敛至42.8㊁53cm [6]㊂北斗二号(BDS2)/BDS3双频消电离层实时动态PPP 在东/北/高(E /N /U)方向的定位精度分别可达6.7㊁5.1㊁10.4cm,其定位精度收敛至10cm 的时间分别为66.9㊁42.9㊁69.1min [7]㊂基于BDS PPP-B2b 服务信号,BDS /GPS 双系统综合RT PPP 动态模式在E /N /U 方向的定位精度分别可达到5.9㊁3.6㊁9.4cm,E /N /U 方向的定位精度收敛至20cm 的收敛时间约为10~28min [8]㊂基于消电离层观测值的GPS /BDS /Galileo /GLONASS 四系统综合RT PPP 动态模式在E /N /U 方向的定位精度可达1.6㊁1.2㊁3.4cm,收敛时间分别为15.4㊁7.0㊁16.4min[9]㊂已有研究主要是对单系统或多系统组合定位精度的对比分析,尚未明确对比分析BDS2对BDS3的RT PPP 性能增益情况,基于此,本文着重研究了RT PPP 中对比BDS3和BDS2/3的定位性能,从而说明BDS2对当前BDS 全球卫星导航系统服务性能的保障㊂本文详细介绍了RT PPP 的实施过程,主要包括:介绍了基于RTCM 格式与NTRIP 协议的实时轨道钟差改正数恢复至精密轨道钟差产品的方法,并评估了目前多系统实时轨道钟差产品的精度;基于双频消电离层组合的实时PPP 高精度定位技术方案㊂以德国地学中心(GFZ)的事后精密产品为参考,对法国国家太空研究中心(Centre National dEtudes Spatiales,CNES)的实时轨道与钟差进行了精度评定㊂选取分布在全球的18个多GNSS 试验(Multi-GNSS Experiment,MGEX)站进行RT PPP 试验,对BDS㊁GPS 两个系统的PPP 性能进行了对比分析,并对BDS2+3和BDS3分别进行RT PPP 测试,对比分析BDS2对BDS3的实时定位性能增益㊂1㊀GNSS PPP 模型及产品恢复方法1.1㊀GNSS PPP 模型GNSS 原始伪距和载波相位观测方程可以表示为[10-12]:P s r ,f (i )=ρs r (i )+c 0[dt r (i )-dt s (i )]+m sr ㊃T r (i )+μf I s r ,1(i )+b r ,f -b s f +εs r L s r ,f (i )=ρs r (i )+c 0[dt r (i )-dt s (i )]+m sr ㊃T r(i )-μf I s r ,1(i )+ϕr ,f -ϕs f +λf N s r ,f +e s r ìîíïïïïï,(1)式中:s 为卫星号,r 为接收机号,f 为频率号(f =1,2, ,n ),P s r ,f (i )为伪距观测值,L s r ,f (i )为载波相位观测值,ρs r (i )为站星间几何距离,c 0为真空中光速,dt r (i )和dt s (i )分别为接收机钟差和卫星钟差,m s r 为对流层投影函数,T r 为天顶对流层延迟,μf =(λ2f /λ21)为电离层斜延迟系数,b r ,f ㊁b sf 分别为接收机端和卫星端伪距硬件延迟,ϕr ,f ㊁ϕs f 为接收机端和卫星端相位硬件延迟,λf 为第f 频率的载波相位波长,N s r ,f 为载波相位整周模糊度,εs r ㊁e s r 为伪距观测噪声和载波相位观测噪声分别与其他未模型化误差的和㊂由于伪距硬件延迟与钟差,模糊度参数存在相关性,为避免法方程无法求解,经线性化后的双频消电离层组合的函数模型可表示为[1-2]:ΔP s r ,IF12=e s r ㊃x +m s r ㊃T r +c ㊃d ~t r ,IF12+εs rΔLsr ,IF12=e s r ㊃x +m s r ㊃T r +c ㊃d ~t r +N ~s r ,IF12+ξs r{,(2)d ~t r =dt r +b r ,IF12,d ~t s =dt s +b s IF12d r ,IF12=α12㊃b r ,1+β12㊃b r ,2d s IF12=α12㊃b s r ,1+β12㊃b s r ,2N ~sr ,IF12=α12㊃(λ1㊃N s r ,1+ϕr ,1-ϕs ,1)+β12㊃(λ2㊃N s r ,2+ϕr ,2-ϕs ,2)-b r ,IF12+b s ,IF12α12=f 21f 21-f 22,β12=-f 22f 21-f 22ìîíïïïïïïïïïï,(3)式中:f 1㊁f 2为信号频率,ΔP s r ,IF12为双频伪距消电离层组合观测值,ΔL s r ,IF12为双频载波相位消电离层组合观测值,e s r 为方向余弦,x 为对应的坐标参数,α12㊁β12为消电离层组合的系数项,d r ,IF12㊁d s IF12分别为接收机和卫星伪距硬件延迟的消电离层组合,d ~t r ㊁d ~t s 分别为吸收伪距硬件延迟的接收机和卫星钟差,N ~s r ,IF12为吸收伪距和相位硬件延迟的模糊度参数㊂1.2㊀SSR 改正数与广播星历匹配由于受网络带宽以及时效性的限制,实时卫星轨道和钟差对应的状态空间描述(State Space Rep-resentation,SSR)信息以基于广播星历计算的卫星坐标与钟差的改正数的形式进行播发,因此用户在接收到SSR 改正信息时首先需要匹配与之对应的广播星历㊂用户在接收到改正数信息后需要采用星历数据期号(Issue of Date Ephemeris,IODE)参数匹配相应的广播星历进行还原㊂GPS 广播星历中明确定义了IODE 参数,可直接使用,BDS 系统的IODE 参数需通过指定的算法计算㊂利用广播星历中的星历数据参考时间(Time of Ephemeris,TOE)参数生成BDS的IODE计算方式为[13-15]:IDOE C=f mod(int(TOE/720),240),(4)式中:int()为取整函数,f mod()为取余函数㊂1.3㊀SSR卫星轨道改正数恢复SSR卫星轨道改正数包括径向(Radial)㊁切向(Along)和法向(Cross)三个方向相对于基于广播星历计算的卫星位置的改正量㊂基于广播星历与轨道改正数恢复至精密卫星位置的方法如下[16]:X orbit=X brd-δX,(5)式中:X orbit为基于轨道SSR信息改正后的精密卫星位置,X brd为与轨道SSR信息匹配的广播星历计算的卫星位置,δX为基于轨道SSR信息的卫星位置值㊂1.4㊀SSR卫星钟差改正数恢复类似的,基于广播星历与卫星钟差改正数恢复至精密卫星钟差的方法如下[16]:t S=t brd-δC c,(6)式中:t brd为与钟差SSR改正数匹配的广播星历计算的卫星钟差,t S㊁δC分别为基于钟差SSR信息改正后的精密卫星钟差和钟差改正值㊂2㊀实时产品精度评估实时轨道和钟差产品的质量直接决定着PPP 的服务性能[17-18]㊂因此在开展定位测试之前,有必要对PPP所选用的实时产品进行精度评定㊂本文采用GFZ事后精密产品为参考,与CNES实时数据流还原的精密产品进行对比分析,评估CNES实时产品精度㊂由于2个分析中心产品的解算策略并不相同,异常值不可避免,本文取3倍于钟差时间序列或轨道差异中位数的值为异常值,并在分析计算中剔除这些异常值[19-20]㊂选用2022年3月21 30日(年积日DOY80~89)共10d的钟差与轨道产品进行对比分析,由于BDS地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)卫星的轨道和钟差精度产品相对BDS的其他卫星较差,对当前全球测站能接收BDS 卫星数量较多的条件下,GEO卫星对定位性能的增益并不显著,因此本文相关的研究工作并未引入BDS2的GEO卫星㊂2.1㊀实时轨道产品精度评估为避免产品内插导致的精度损失,本文的实时产品严格与事后参考产品采样率一致,精度统计以其均方根误差(Root Mean Square,RMS)作为指标㊂对比分析轨道径向㊁切向㊁法向(R㊁A㊁C)三个方向的精度情况㊂图1给出了BDS/GPS实时轨道产品在R㊁A㊁C 方向的RMS㊂统计结果显示,GPS实时轨道精度R㊁A㊁C三方向平均值分别约为6㊁3㊁9cm,三维位置精度平均值优于11cm;BDS实时轨道精度R㊁A㊁C三方向平均分别约为19㊁16㊁22cm,三维位置精度平均值优于33cm㊂可以看出,BDS实时轨道精度与GPS精度存在一定的差异㊂对BDS而言,BDS2非GEO卫星实时轨道精度R㊁A㊁C三方向平均分别约为21㊁17㊁23cm,三维位置精度平均值优于36cm; BDS3实时轨道精度R㊁A㊁C三方向平均分别约为18㊁15㊁21cm,三维位置精度平均值优于32cm, BDS3实时轨道精度略优于BDS2㊂(a)GPS实时轨道精度㊀(b)BDS实时轨道精度图1㊀基于GFZ产品对比的CNES BDS/GPS实时轨道精度统计结果Fig.1㊀Statistical results of CNES BDS/GPS real-time orbit accuracy based on GFZ product comparison2.2㊀实时钟差产品精度评估由于钟差估计中,对应参考网站点分布和接收机类型的差异,不同分析中心解算得到的卫星钟差信息无法保持完全一致的基准,因此在各产品之间必然会存在时间基准的差异㊂本文采用经典的二次差法,对卫星钟差进行精度评定[19-20]㊂同时顾及卫星天线相位中心差异导致的几何距离偏差在径向上对卫星钟差精度的影响,因此在钟差估计时,添加了径向误差改正㊂图2给出了BDS与GPS实时轨道径向误差统计,图3给出了BDS与GPS实时钟差误差统计,不同颜色表示不同卫星㊂采用二次差的方法消除实时钟差与参考钟差产品中的基准差异,分别统计了二者差异的标准差(STD)和RMS㊂钟差的RMS即外符合精度,通常与钟差解算过程中选取的基准以及数据处理策略有关,在参数估计的过程中可以被模糊度参数吸收,而STD即内符合精度,其可以真正反映钟差产品的解算精度,因此在卫星钟差评定中更加关注其STD的大小[21],统计结果如图4和表1所示㊂(a)GPS实时轨道径向误差㊀(b)BDS实时轨道径向误差图2㊀基于GFZ产品对比的CNES BDS/GPS实时轨道径向误差统计结果Fig.2㊀Statistics of CNES BDS and GPS real-time orbit radial errors based on GFZ productcomparison(a)GPS实时钟差误差㊀(b)BDS实时钟差误差图3㊀基于GFZ产品对比的CNES BDS/GPS实时钟差误差统计Fig.3㊀Statistics of CNES BDS and GPS real-time clock offset based on GFZ productcomparison(a)GPS实时钟差误差㊀(b)BDS实时钟差误差图4㊀基于GFZ产品对比的CNES BDS/GPS实时钟差精度统计结果Fig.4㊀Statistical results of CNES BDS/GPS real-time clock offset accuracy based on GFZ product comparison 表1㊀BDS/GPS实时钟差精度统计Tab.1㊀BDS/GPS real-time clock offset accuracy statistics单位:ns系统标识RMS STD最小值最大值均值最小值最大值均值GPS0.240.780.410.020.060.04BDS0.26 1.510.630.050.200.13BDS20.480.850.580.090.200.13BDS30.26 1.510.650.050.180.12㊀㊀统计结果显示,GPS实时钟差STD约为0.04ns,RMS约为0.41ns;BDS实时钟差STD约为0.13ns,RMS约为0.63ns,表明BDS实时钟差产品精度显著低于GPS㊂因此在RT PPP处理过程中,可将不同系统的卫星产品精度引入随机模型,以保证多系统联合时RT PPP的解算精度更优㊂对比表1统计信息可以发现,BDS2非GEO卫星与BDS3卫星钟差精度基本相当,表明BDS2卫星钟仍处于稳定的服务期㊂3㊀PPP试验结果分析为测试GPS和BDS的RT PPP精度情况,采用双频消电离层组合模型,分别进行BDS与GPS单系统实时动态PPP定位试验,就定位精度和收敛时间对两系统PPP性能进行比较㊂在定位过程中,由于BDS2的GEO卫星的轨道和钟差精度相对BDS的其他卫星较差,对定位的精度增益不大,因此在本文中并未采用㊂对BDS2+3和BDS3分别进行RT PPP 试验,分析验证BDS2对BDS3PPP性能的增益㊂3.1㊀试验数据与解算策略本文选取18个MGEX站基于2022年3月21 30日共10d的数据(DOY80~89)进行单天RT PPP试验㊂使用CNES提供的实时SSR数据流,并采用IGS提供的SNX周解文件作为测站坐标真值进行精度验证,具体解算策略如表2所示㊂表2㊀RT PPP解算策略Tab.2㊀The resolving strategy of RT PPP项目模型/处理策略系统类型GPS或BDS观测值双频伪距和载波相位观测值参数估计方法卡尔曼滤波选择频率GPS:L1&L2,BDS:B1I&B3I截止高度角7ʎ定权策略原始码和相位观测值精度,分别为0.3m和0.003m,高度角定权(P=sin2(E))组合形式双频消电离层组合解算模式实时动态实时轨道/钟差CNES SSR改正信息天线改正igs14.atx潮汐改正考虑固体潮㊁海洋负荷潮和极潮改正天顶对流程延迟UNB3模型提供干延迟和湿延迟先验值,估计湿延迟,采用GMF投影函数模糊度浮点解接收机坐标参数估计接收机钟差白噪声图5展示了RT PPP数据处理方案流程,具体方案如下:①基于解码软件,基于RTCM协议实现实时观测数据㊁广播星历和实时轨道/钟差数据流解码,并以共享内存的形式实现数据和产品的存储㊂②SSR信息由实时分析中心在接收到实时数据后解算得到,到达用户端时一般会有一定的时延,因此需同步缓冲观测数据和卫星产品㊂③观测数据质量控制是实时高精度位置解算的保障,基于观测值连续性进行粗差探测,接收机钟跳探测和修复㊂④基于RTCM标准10403.2,实现SSR产品恢复,采用卡尔曼滤波参数估计算法实现地面站点的三维坐标信息㊁接收机钟差和天顶对流层估计㊂图5㊀RT PPP数据处理方案流程Fig.5㊀Flowchart of RT PPP data processing3.2㊀PPP分析对选取的18个MGEX测站分别进行单天RT PPP解算,并统计其10d(DOY80~89)平均定位精度,图6给出了PPP的试验结果㊂(a)GPS RT PPP(b)BDS2+3RT PPP(c)BDS3RT PPP(d)GPS㊁BDS RT PPP图6㊀RT PPP精度统计Fig.6㊀RT PPP accuracy statistics㊀㊀对测站定位结果进行统计,统计18个测站E㊁N㊁U㊁3D定位偏差的RMS平均值,统计结果如表3所示㊂表3㊀RT PPP精度统计Tab.3㊀RT PPP accuracy statistics单位:cm 系统标识E N U3DBDS3 3.67 2.67 4.64 6.59BDS2+3 3.31 2.49 4.52 6.21GPS 2.44 1.68 4.00 5.01可以看出,BDS三维定位精度约为6cm,GPS 三维定位精度约为5cm,BDS定位精度略逊于GPS㊂BDS2卫星的加入,提升了BDS的定位精度, E㊁N㊁U三方向分别为9.9%㊁6.7%㊁2.6%,3D定位精度提升5.8%㊂为进一步对比分析BDS3与BDS2+3在不同区域的PPP性能,表4中分别统计了所有测站共10d PPP试验的单天解在E㊁N㊁U方向的RMS均值㊁最大值与最小值㊂统计结果表明,BDS2+3相比于BDS3,其E㊁N㊁U方向定位精度在亚太区域分别提升了16.2%㊁9.1%㊁1.8%,在其他区域分别提升了4.5%㊁5.0%㊁2.1%,表明BDS2卫星的加入,在亚太区域BDS定位性能提升更为明显㊂本文以连续20个历元E㊁N㊁U方向的定位误差均小于10cm作为收敛的判定条件,分别统计18个测站RT PPP10d的平均收敛时间,结果如图7所示㊂统计结果表明,GPS PPP平均收敛速度最快,约为59min,BDS3PPP平均收敛时间约为124min, BDS2+BDS3PPP平均收敛时间约为99min,BDS2卫星的加入,使收敛速度提升了20.2%㊂表4㊀BDS RT PPP精度统计Tab.4㊀Accuracy statistics of BDS RT PPP单位:cm区域测站E BD3/BDS2+3N BD3/BDS2+3U BD3/BDS2+3最小值最大值均值最小值最大值均值最小值最大值均值亚太区域CIBG 2.69/1.91 4.58/3.88 3.60/2.97 1.35/1.33 3.04/1.79 2.14/1.57 3.91/4.21 5.44/5.08 4.58/4.67 GAMG 2.52/1.95 4.63/3.44 3.43/2.52 1.69/1.16 3.41/2.55 2.45/1.98 3.86/3.78 6.52/5.06 5.03/4.58 IISC 2.66/2.13 5.84/5.25 4.13/3.68 1.80/1.27 3.08/2.79 2.28/2.09 3.80/3.84 5.50/5.18 4.58/4.52 JFNG 2.68/1.99 4.61/3.61 3.55/2.86 1.50/1.14 2.79/2.45 2.27/1.87 4.18/3.76 5.43/5.46 4.78/4.61 NNOR 2.91/2.69 4.18/3.79 3.56/3.26 2.12/2.14 3.61/3.49 2.67/2.56 3.23/3.19 5.20/5.27 4.44/4.25 STR2 1.70/1.66 3.41/3.88 2.56/2.52 2.38/1.86 3.26/3.40 2.74/2.57 3.55/3.54 4.95/5.00 4.48/4.28 ULAB 3.13/2.22 4.07/4.29 3.64/3.02 1.71/1.67 3.95/3.37 2.65/2.51 3.84/3.98 5.09/5.23 4.37/4.41 URUM 3.05/2.40 5.23/4.44 4.14/3.28 2.25/1.80 3.24/3.00 2.68/2.64 3.63/3.88 5.40/5.42 4.46/4.47 USUD 2.02/2.05 4.46/3.48 3.40/2.71 1.76/1.93 3.67/3.76 2.42/2.49 3.64/4.24 6.00/5.59 4.71/4.91其他地区BOGT 3.11/3.04 5.50/5.87 3.99/3.95 1.58/2.11 4.18/4.12 2.73/2.68 3.64/3.96 5.57/5.83 4.50/4.78 BREW 2.58/2.45 4.49/4.48 3.41/3.41 2.37/2.11 3.60/4.17 2.93/2.86 2.96/4.11 5.47/5.08 4.52/4.59 PARC 2.55/2.59 4.90/5.19 3.76/3.90 2.26/2.22 4.36/4.69 3.48/3.47 3.88/3.79 5.12/5.02 4.52/4.50 POVE 3.74/3.457.93/5.24 5.38/4.18 2.57/1.42 3.83/3.78 3.02/2.76 4.12/3.56 5.99/5.12 4.80/4.31 PTBB 2.78/2.12 5.93/5.05 3.84/3.18 1.90/1.63 3.05/3.12 2.54/2.49 3.41/3.80 5.10/4.45 4.28/4.26 STJ3 1.49/1.98 4.89/4.23 3.50/3.29 2.06/1.99 4.65/4.04 3.10/2.90 2.93/3.36 5.10/5.49 4.39/4.23 SUTM 2.44/3.25 5.06/4.89 3.28/3.90 2.05/2.10 4.25/4.99 2.91/2.79 4.06/3.717.48/5.23 4.99/4.47 YKRO 2.70/1.89 4.48/4.97 3.42/3.36 1.89/1.91 3.53/2.76 2.48/2.25 4.84/4.66 5.71/6.04 5.31/5.29 ZAMB 2.50/2.65 4.75/6.69 3.58/3.46 2.04/1.42 3.46/3.09 2.65/2.35 3.72/4.00 5.51/5.44 4.57/4.59图7㊀MGEX站RT PPP收敛时间Fig.7㊀Convergence time of RT PPP for MGEXstations4㊀结论本文采用GFZ事后精密轨道与钟差产品为参考对CNES实时轨道与钟差进行了精度分析,然后基于CNES实时轨道和钟差,对18个MGEX地面站进行了RT PPP定位测试,得出如下结论:①CNES实时轨道与钟差分析表明,BDS实时轨道与钟差的精度均低于GPS;RT PPP的定位收敛时间方面,BDS的收敛时间显著大于GPS,这与其实时产品,尤其是钟差RMS有关㊂但在RT PPP收敛后BDS与GPS定位性能相当,这是由于BDS系统卫星数量多于GPS,更多的卫星数量能构建更优的几何结构,能有效保证定位精度㊂②对比BDS2+3与BDS3的RT PPP性能可发现,RT PPP中加入BDS2卫星可提升BDS3的定位性能5.8%,缩短收敛时间20.2%,在亚太区域的定位性能提升更为显著,表明BDS2仍处于可靠的服务期,其对BDS系统的服务性能存在显著的增益能力㊂因此,融合BDS2的BDS卫星导航系统能更好地为亚太区域定位用户提供更高精度的性能服务㊂参考文献[1]㊀KOUBA J,HÉROUX P.Precise Point Positioning UsingIGS Orbit and Clock Products[J].GPS Solutions,2001,5(2):12-28.[2]㊀ZUMBERGE J F,HEFLIN M B,JEFFERSON D C,etal.Precise Point Positioning for the Efficient and RobustAnalysis of GPS Data from Large Networks[J].Journal ofGeophysical Research:Solid 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GPSBDS实时精密单点定位技术实现
2020年6月第3期现代导航·171·GPS/BDS实时精密单点定位技术实现张之琛（西安邮电大学通信与信息工程学院，西安710121）摘要：为给各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时等服务，设计了一款基于ARM+FPGA的GPS/BDS双模双频接收机，嵌入基于GPS/BDS双系统的实时精密单点定位软件。
简单介绍了接收机的硬件设计中的电源和射频模块，针对实时改正数差分龄期过大和IODE与广播星历不匹配造成实时PPP定位中断的问题，给出了相应解决办法。
最后通过对实时GPS/BDS 组合PPP长时间测试表明：静态条件下，水平方向偏差RMS为2.1cm，高程方向偏差RMS值为3.6cm；动态条件下，水平方向偏差RMS值为12.6cm，高程方向偏差RMS值为14.7cm。
关键词：GPS/BDS；软件接收机；高精度；多频；实时；精密单点定位中图分类号：TN967.1 文献标志码：A 文章编号：1674-7976-(2020)-03-171-07 Realization of GPS/BDS Real-Time Precise Single-Point Positioning TechnologyZHANG ZhichenAbstract: In order to provide high-precision, high-reliable positioning, navigation, timing and other services for various users, a GPS/BDS dual-mode dual-frequency receiver based on ARM+FPGA is designed which is embedded a real-time precise point positioning software. The power and radio frequency module of the receiver are briefly introduced. Aiming at the problem of positioning interruption caused by overage of correction difference age and mismatch of IODE between real-time correction number and broadcast ephemeris, The corresponding solutions are given. Finally, the long-time test of real-time GPS/BDS PPP shows that the horizontal deviation RMS is 2.1 cm and the elevation deviation RMS is 3.6 cm under static condition, the horizontal deviation RMS is 12.6 cm and the elevation deviation RMS is 14.7 cm under dynamic condition.Key words: GPS/BDS; Software Receiver; High Precision; Multiple-Frequency; Real Time; Precise Point Positioning0 引言精密单点定位（Precise Point Positioning，PPP）是指单台接收机利用精密的卫星轨道和钟差和现有精确函数模型或附加参数估计等方式消除与定位相关的误差项，实现高精度的绝对定位。
基于BDS的双系统组合精密单点定位性能对比分析
基于BDS的双系统组合精密单点定位性能对比分析
简润梁;周立垚
【期刊名称】《经纬天地》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】精密单点定位测量技术已广泛应用于测绘、交通、市政、导航等诸多领域,随着我国BDS的顺利组网,基于BDS的精密单点定位技术研究越来越广泛深入。
本文利用MGEX数据网站获取不同测站的多卫星系统的观测数据,建立双系统组合单点数据处理模型,通过对比BDS+GPS、BDS+GLONASS、BDS+Galileo三种组合模型的静态、动态精密单点数据处理结果,从位置精度、可见卫星数、DOP值等多个维度说明BDS+GPS组合的精密单点定位性能最优,可为BDS在实际定位测量工作中的应用提供参考。
【总页数】5页(P6-10)
【作者】简润梁;周立垚
【作者单位】佛山准成测绘科技有限公司;浙江省浙南综合工程勘察测绘院有限公
司
【正文语种】中文
【中图分类】P228
【相关文献】
1.基于GPS和BDS组合精密单点定位精度分析
2.GPS/BDS组合精密单点定位性能分析
3.BDS-3四频组合精密单点定位方法比较及结果分析
4.BDS-3双频组合精密单点定位精度分析
5.基于BDS的双系统组合单点定位优势分析验证
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BDS/GNSS实时精密单点定位算法研究与实现随着GNSS定位技术的不断发展,以及多导航定位系统并存时代的到来,多系统融合精密单点定位逐渐成为研究的重要问题。
实时精密单点定位技术具有定位精度高、定位方便、不受基准站限制等优点,将成为未来高精度导航定位的重要手段。
多系统提供了更多的可见卫星数量及更优的卫星几何结构,有利于提高实时精密单点定位的定位的精度、可靠性及收敛时间。
因此,本文通过对实时多系统精密单点定位的理论和方法进行研究,基于实时的轨道和钟差数据流,以及实时的多系统观测数据流,实现了支持GPS/BDS/GLONASS三系统组合定位的实时单频和双频精密单点定位。
本文的主要研究内容如下:(1)本文对伪距粗差的探测、钟跳的探测与修复方法、以及周跳探测的方法进行了详细的分析。
首先对利用不同伪距间的差值进行伪距粗差探测的有效性进行了分析;然后根据不同的钟跳类型,对基于单个历元观测值的钟跳探测和修复方法进行了分析;最后,根据三频组合观测值的理论,优选了GPS和BDS三频无几何距离周跳探测组合,并根据实例,分析了利用优选的两组BDS线性组合系数进行无几何距离周跳探测的有效性。
(2)本文对不同系统和不同测站系统偏差值的特性进行了分析。
结果表明:系统偏差收敛后的值在一天内保持相对稳定,且系统偏差值的大小表现出与测站相关的特性。
(3)本文利用德国联邦测绘局提供的实时SSR改正数,分析了三系统实时恢复的轨道和钟差的精度。
同时分析了数据龄期和改正数中断对实时精密单点定位的影响,并给出相应的解决方案。
(4)根据实时多系统精密单点定位的理论,基于C++平台,编程实现了支持GPS/BDS/GLONASS三系统组合定位的实时单频和双频精密单点定位。
并进行了双频静态模拟动态、单频静态模拟动态、车载动态试验,分析了软件的定位性能。