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高频GNSS准实时钟差估计及其应用

盛剑锋  
【摘要】:精密单点定位(precise point positioning,PPP)技术从20世纪90年代发展至今,已经在定位模型、误差改正、数据预处理和模糊度快速固定等方面取得了长足的进步和发展。随着相关理论技术的日渐成熟,精密单点定位在广域高精度定位、电离层监测、时间传递以及地震应急等方面显现出巨大优势,与此同时,大范围测量、低轨卫星精密定轨以及精密授时等应用也对精密单点定位提出了新要求。目前精度、时效性和可靠程度仍旧是精密单点定位在高精度定位应用中迫切需要解决的三大问题。针对上述三大问题,精密单点定位精度和可靠性主要受卫星钟差解算精度影响,同时卫星钟差估计及发布延迟影响了精密单点定位对于时效性的要求。目前由于GNSS观测值的采样率不断提高,这对高采样率钟差估计应用于高频精密单点定位的时效性产生了强烈的冲击,传统的非差估计模型面临挑战。然而,非差钟差估计模型能够同时估计卫星钟差、信号传播路径上的电离层延迟、绝对天顶对流层延迟及其水平梯度等参数,其在实时精密单点定位中的模型误差改正过程中意义重大。本文利用互联网传输及自编时间窗口滑移程序采集高频实时观测数据流及IGS超快速星历,对传统非差消电离层组合观测模型准实时卫星估计算法进行改进,将历元参数及非历元参数分步估计,缓解参数在高频估计中数量过多的问题。对于估计钟差的效率,首先从卫星钟差的内外符合精度和定位精度两方面分析比较卫星钟差估计精度,然后利用单位时间误差梯度的概念分析钟差解算的时效性,最后将不同采样率钟差应用于地震实例中分析各卫星钟差的精密单点定位显示的地震形变效果,同时统计整个过程的耗费时间。实验表明,估计钟差与IGS事后精密钟差产品的外符合精度小于0.2ns,精密单点定位误差在3~5cm之间。另外,在芦山地震同震形变监测中,1s采样率的卫星钟差精密单点定位与双差相对定位监测效果相当,时间延迟约12min,在广域地震监测中具有一定的应用价值。


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