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多系统GNSS联合定位的精密单点模型研究

刘金健  
【摘要】:精密单点定位(Precise Point Position,PPP)是基于状态空间域改正信息的高精度定位方法,PPP技术是利用单台接收机接收卫星信号,与相对定位相比可以不用顾及测站间距离,提高了 GNSS进行精确定位的灵活性。目前PPP技术已经广泛应用于水汽预测、精密授时、长距离动态定位等相关领域。但是,在城市建筑群、山区以及露天矿区等恶劣环境下,单系统PPP因为可见卫星数目较少、卫星几何结构较差无法实现高精度定位,而随着各国卫星导航系统的发展,卫星数量逐步增加,多系统卫星联合定位能够很好解决恶劣观测环境下卫星数目不足、几何结构差问题。鉴于此,本文从多系统GNSS联合角度出发对精密单点定位模型进行研究。本文的研究内容主要从以下几个方面进行分析:(1)GNSS多系统观测值的统一表达。在介绍多系统联合定位理论的基础上,综合考虑时空基准差异,推导了 GNSS多系统观测值的统一表达方程。最后给出了 GNSS导航定位中涉及到的相关误差来源以及其改正方法。(2)多系统联合PPP定位模型的构建。在分析精密单点定位常见函数模型的基础上,依据GNSS多系统观测值统一表达式建立了多系统联合定位的PPP函数模型;综合高度角定权法和Helmert方差分量估计法确定了多系统联合PPP的随机模型。同时介绍了参数估计的三种方法,本文程序使用的参数估计方法为卡尔曼滤波。(3)多系统联合PPP收敛性能分析。利用IGS站点数据,分别使用UofC函数模型和UD函数模型对三种系统的七种不同组合方式进行精密单点定位性能分析。在UofC模型中,组合系统收敛率高于单系统。BDS收敛时间最长在65min左右,三系统GPS/GLONASS/BDS组合系统收敛时间最短为15min左右。在UD模型中,组合系统收敛率优于单系统,BDS单系统收敛率最低。三系统GPS/GLONASS/BDS组合收敛时间最短在30min左右,单系统BDS收敛时间最长,时间在60min左右。(4)多系统联合PPP定位精度分析。在定位精度方面,两种函数模型的单天解定位精度都可以达到亚毫米级。在UofC模型中,组合系统精度高于单系统,其中最优的三系统组合单天均方根误差水平方向在1cm以内,天顶方向在2cm左右。最差的单系统BDS单天均方根误差水平方向在2cm左右,天顶方向在5cm左右。在UD函数模型中,BDS系统在N(北)、E(东)、U(天)三个方向定位精度相对较差,水平方向在2cm左右,天顶方向在5cm左右。三系统GPS/GLONASS/BDS组合定位精度最高,单天解均方根误差也在1cm以内,天顶方向均方根在2cm左右。UofC模型定位性能优于UD型,主要由于UofC模型相对于UD模型降低了组合观测值的噪声水平。图[27];表[8];参[80]


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