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精密单点定位(PPP)和载波相位差分(RTK)是卫星导航(GNSS)领域常用的高精度定位技术,被广泛应用于工程实践和科学研究中。实际应用中受限于通信网络延迟、产品技术水平等因素,数据在传输时总会产生一定的时间延迟,从而对定位的精度和效率产生影响。鉴于此,本文聚焦于因网络、通信等原因造成的时间延迟对实时PPP和RTK定位的影响,分析其原因并提出解决方案,目标是提高实时PPP和RTK定位的精度和效率。围绕这一研究目标,本文首先简要介绍了PPP和RTK的定位模型、参数估计方法,影响GNSS定位精度的误差源和在PPP与RTK中的处理措施。然后从可见卫星数、PDOP值、信噪比、多路径等方面分析了GPS、GLONASS、BDS和Galileo卫星信号的观测质量,利用MW组合法和电离层残差法进行了周跳探测与修复的模拟实验。最后分析和研究时间延迟对实时PPP和RTK定位的影响。具体的研究内容和相关结论主要包括以下几个方面:
1)总结了目前PPP和RTK在国内外的研究热点,根据本文的研究内容,阐述了国内外顾及时间延迟的实时PPP和异步RTK的研究现状。
2)回顾了PPP和RTK定位理论。涵盖包括GPS、GLONASS、BDS和Galileo的时空基准及其转换、GNSS观测方程及常见组合观测值、PPP和RTK定位模型、递归最小二乘估计与卡尔曼滤波、GNSS数据处理中常见的误差源及对应的处理措施等。
3)详细分析了亚太地区和非亚太地区GPS、GLONASS、BDS和Galileo及组合系统的服务性能与各系统的信号质量。具体包括可见卫星数、PDOP值、信噪比、多路径等方面,同时利用MW组合法和电离层残差法进行了周跳探测与修复的模拟实验。
4)分析了CNES分析中心实时精密轨道和精密钟差与GFZ的事后精密轨道和精密钟差的偏差。发现BDS的实时轨道误差相比其它系统较大。通过事后模拟引入实时产品改正数龄期的方法重点研究了改正数龄期对实时PPP的影响,结果表明改正数龄期会对实时PPP的定位精度和收敛时间产生较大影响;系统改正数龄期时,多系统PPP可以明显改善单GPSPPP的定位精度和收敛速度。
5)简要介绍了异步RTK定位的原理与误差分析,比较了异步RTK和经典同步RTK的差异。评估了GPS、GLONASS、BDS和Galileo卫星的钟差在差分龄期内的变化量级,比较了相同差分龄期时,异步RTK与传统RTK定位结果的差异,结果表明顾及卫星钟差的异步RTK模型优于传统RTK模型,且BDS和Galileo的异步RTK定位精度高于GPS和GLONASS。进一步分析了GPS、GLONASS、BDS和Galileo卫星在相同差分龄期下的轨道延迟和钟差延迟误差。结果表明,相同差分龄期时BDS和Galileo的轨道延迟和钟差延迟误差小于GPS和GLONASS。最后,针对多模多系统异步RTK提出了一种顾及SISRE的高度角随机模型,实验结果表明,30s的差分龄期时,顾及SISRE的高度角随机模型相较于传统高度角随机模型,GR组合系统定位结果在E、N和U方向上分别提高11.6%、16.7%和10.0%;GRCE系统定位结果在E、N和U方向上分别提高23.9%、25.2%和18.5%。
1)总结了目前PPP和RTK在国内外的研究热点,根据本文的研究内容,阐述了国内外顾及时间延迟的实时PPP和异步RTK的研究现状。
2)回顾了PPP和RTK定位理论。涵盖包括GPS、GLONASS、BDS和Galileo的时空基准及其转换、GNSS观测方程及常见组合观测值、PPP和RTK定位模型、递归最小二乘估计与卡尔曼滤波、GNSS数据处理中常见的误差源及对应的处理措施等。
3)详细分析了亚太地区和非亚太地区GPS、GLONASS、BDS和Galileo及组合系统的服务性能与各系统的信号质量。具体包括可见卫星数、PDOP值、信噪比、多路径等方面,同时利用MW组合法和电离层残差法进行了周跳探测与修复的模拟实验。
4)分析了CNES分析中心实时精密轨道和精密钟差与GFZ的事后精密轨道和精密钟差的偏差。发现BDS的实时轨道误差相比其它系统较大。通过事后模拟引入实时产品改正数龄期的方法重点研究了改正数龄期对实时PPP的影响,结果表明改正数龄期会对实时PPP的定位精度和收敛时间产生较大影响;系统改正数龄期时,多系统PPP可以明显改善单GPSPPP的定位精度和收敛速度。
5)简要介绍了异步RTK定位的原理与误差分析,比较了异步RTK和经典同步RTK的差异。评估了GPS、GLONASS、BDS和Galileo卫星的钟差在差分龄期内的变化量级,比较了相同差分龄期时,异步RTK与传统RTK定位结果的差异,结果表明顾及卫星钟差的异步RTK模型优于传统RTK模型,且BDS和Galileo的异步RTK定位精度高于GPS和GLONASS。进一步分析了GPS、GLONASS、BDS和Galileo卫星在相同差分龄期下的轨道延迟和钟差延迟误差。结果表明,相同差分龄期时BDS和Galileo的轨道延迟和钟差延迟误差小于GPS和GLONASS。最后,针对多模多系统异步RTK提出了一种顾及SISRE的高度角随机模型,实验结果表明,30s的差分龄期时,顾及SISRE的高度角随机模型相较于传统高度角随机模型,GR组合系统定位结果在E、N和U方向上分别提高11.6%、16.7%和10.0%;GRCE系统定位结果在E、N和U方向上分别提高23.9%、25.2%和18.5%。