本文内容来源于《测绘学报》2020年第8期，审图号GS（2020）4062号。
曹新运
南京师范大学地理科学学院, 江苏 南京 210023
基金项目：国家自然科学基金（41904018）；江苏省自然科学基金（BK20190714）
精密单点定位(precise point positioning, PPP)技术能够在全球区域获取用户在国际地球参考框架下的精确三维坐标，打破了以往只能够使用差分定位技术才能够实现高精度定位的局面，是继RTK/NRTK技术之后出现的又一次技术革命。论文旨在构建实时GNSS PPP服务系统，围绕GNSS卫星钟差估计、多系统融合PPP、卫星姿态、GPS未校准相位延迟(uncalibrated phase delays, UPD)估计、PPP模糊度固定等展开研究，为用户获取实时、高精度和高可靠性的GNSS PPP服务奠定理论和实践基础。本文的主要工作和贡献如下：
(1) 基于单观测值迭代Kalman滤波和并行OpenMP技术，实现了GNSS钟差快速估计，解决了钟差非差模型的矩阵求逆和滤波协方差更新耗时等问题，并研究轨道径向、切向和法向误差对GNSS卫星钟差估计的影响。利用43个测站的多系统观测数据在8线程单节点上实现了10 s以内更新率的4系统卫星钟差估计，且轨道径向误差基本被钟差吸收，特别是BDS GEO卫星和IGSO卫星，与轨道法向误差不同，轨道切向方向的常数误差会造成钟差误差积累。
(2) 从双频无电离层组合和非差非组合PPP模型出发，详细推导了三频非组合GNSS PPP数学模型，从待估参数的含义和模型的自由度等方面对上述3种PPP模型进行了对比，并利用多系统观测数据验证了多系统数据融合的作用。结果表明，相位硬件延迟的时变部分导致三频PPP相位观测值残差异常，忽略GPS卫星相位硬件延迟的时变部分会明显降低三频PPP定位精度，而由于Galileo和BDS卫星的相位硬件延迟的时变部分数值较小，其影响被观测值残差和未建模残余误差掩盖。
(3) 利用现有的GNSS卫星经验姿态模型，详细分析了GPS IIR/IIF、GLONASS-M、Galileo和BDS卫星姿态对单系统和多系统PPP定位精度的影响。结果表明，卫星姿态对PPP定位精度的影响与卫星天线相位偏差数值大小、名义偏航角与实际偏航角之差、机动持续时间、太阳高度角、卫星几何结构强度等因素相关。当卫星进入姿态异常时期时，若用户采用的卫星姿态与实际姿态或者轨道/钟差含有的姿态信息不符时，将会严重降低PPP定位精度和可靠性，特别是单系统动态PPP。
(4) 从非差模糊度失去整数特性的原因及其恢复整数特性的可行性出发，利用S基准转换严格推导了UPD观测方程的基准选取及可估参数含义，最后利用81个测站实现了GPS宽巷和窄巷UPD的快速估计。结果表明，论文生成的宽巷UPD产品与国际已有机构发布的产品具有较优的一致性，服务端GPS宽巷模糊度固定率和窄巷模糊度固定率均值分别为84.33%和89.83%(删除了宽巷模糊度未能固定的窄巷模糊度方程)，且估计的宽巷和窄巷UPD短时间内较为稳定。
(5) 基于上述章节内容构建实时多系统PPP服务系统。该系统利用所有GNSS观测值信息并固定GPS卫星模糊度，实现了IGS测站水平方向±1 cm、高程±5 cm左右的定位精度，并详细分析了伪距观测噪声和PPP模型强度对宽巷模糊度和窄巷模糊度固定率的影响。结果表明，模糊度固定后，测站N/E/U方向定位精度均呈现不同程度的改善，多系统数据融合能够提高动态PPP模型的模糊度固定率，相比GPS单系统而言，GPS模糊度固定对定位精度的改善作用随着多系统观测值的引入而随之降低。
作者简介：曹新运(1990-), 男, 2018年12月毕业于武汉大学, 获工学博士学位(指导教师:李建成教授), 研究方向为multi-GNSS数据处理及其地学应用。E-mail:xycao@whu.edu.cn
联系客服
