多星座PPP/FCB模糊度解算及性能分析

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精密单点定位(PPP)作为全球尺度的高精度绝对定位技术,仅利用一台接收机便可实现静态厘米至毫米级、动态分米至厘米级定位。但受未校准硬件延迟(UPD)、缓慢的卫星几何构型变化及伪距噪声等因素影响,PPP收敛时间长,定位精度差,严重制约其应用和发展。近年来,多星座GNSS技术的发展和PPP固定解的实现为PPP研究与应用带来了新机遇。多星座GNSS可提供更多观测信息,增强卫星几何构型,缩短初始化时间,对定位的精度和可靠性也有重要贡献。同样地,PPP固定解可加快PPP收敛,提高定位精度。鉴于此,本文围绕多星座PPP模糊度固定相关理论和方法开展研究,并基于高精度相位小数周偏差(FCB)产品,实现了三星座PPP固定解,增强了PPP定位性能,对促进其进一步发展乃至推向实时应用都具有重要借鉴意义。论文主要工作及成果如下:1、基于GFZ分析中心以gbm开头的精密轨道和钟差产品,评估了系统间偏差三种模型对静态三星座消电离层PPP定位性能的影响。结果表明,系统间偏差作为随机游走和白噪声过程估计时的PPP定位性能基本一致,且其结果明显优于将系统间偏差作为时间常数估计时的定位性能。2、从时间稳定性和对PPP模糊度整数特性恢复两方面评估了多星座FCB产品的质量。结果表明,四星座WL FCB在47天内保持相对稳定,四星座NL FCB在一天内保持相对稳定。进一步地,利用10个MGEX跟踪站观测数据开展静态三星座PPP模糊度固定实验,统计了单差FCB改正后单差模糊度残差的概率分布。结果表明,三星座单差宽巷残差落在±0.2周以内的比例分别为95.1%、98.1%、76.3%,而单差窄残差的这一比例分别为96.7%、96.6%和94.9%。该结果验证了FCB产品具有较高精度,利用其可较好地恢复PPP模糊度整数特性。3、针对未收敛模糊度导致全模糊度固定(FAR)失败的问题,利用高精度FCB产品,实现了GPS PPP部分模糊度固定(PAR),有效控制了未收敛模糊度的影响,并利用51个MGEX站15天的观测数据,对比分析了PAR和FAR的定位性能。结果表明,静态和仿动态模式下,相比于FAR,PAR的首次固定时间分别缩短了15.2min和19.9min,历元固定率分别提高了27.8和30.8个百分点。4、针对单星座PPP固定解仍然存在收敛时间较长、定位精度较差的问题,基于高精度FCB产品,采用PAR策略,实现了三星座PPP固定解,并利用21个MGEX站10天的观测数据,对比分析了不同星座组合PPP定位性能。结果表明,三星座融合可显著改善PPP定位性能:静态三星座PPP只需9.5 min便可实现首次固定(比单GPS缩短6.7min),历元固定率达到99.49%,且观测时长为0.5h时,其固定解定位精度在E、N、U方向分别为0.6cm、0.6cm和2.2cm,比浮点解分别提高88%、60%、51%;仿动态算例中,三星座PPP只需10.7 min实现首次固定(比单GPS缩短11.1min),历元固定率达到98.5%,同时其固定解定位精度相比其浮点解在E、N、U方向分别提高53%、24%和21%。
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