GPS/BDS精密单点定位与测速模型研究

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经过二十余年的发展,精密单点定位(PPP)技术取得了长足的进步。随着多个国家或地区卫星导航系统的建设,多GNSS多频PPP及模糊度固定(PPPAR)技术是当前卫星定位的重要发展趋势。但是,多系统多频观测数据的使用给PPP模型带来新的偏差项,对于部分偏差项的特征及其对PPP定位性能的影响有待进一步研究,比如BDS2/3间系统间偏差(ISB)和GPS三频PPP的频间钟差(IFCB);自2021年来,各分析中心先后发布BDS3卫星的PPPAR产品,BDS3及BDS3联合其他GNSS的PPPAR性能研究对于BDS的应用具有重要作用。此外,基于PPPAR技术和三频观测值的使用,PPP测速模型(PPPVE)可以做进一步的研究。本文围绕上述几个方面的问题,基于GPS/BDS联合PPP开展研究,具体研究结果包括下面及部分:(1)通过GPS/BDS联合双频PPP数学模型的推导,分析了ISB的产生原因和组成部分。实验结果表明BDS2/3的ISB在一天内变化幅度在0.3m以内,其大小和接收机类型密切相关;在BDS2/3联合PPP中估计ISB不能显著提高定位性能。GPS/BDS联合双频PPP较单系统定位精度和收敛速度有明显提高,在静态和仿动态情况下GPS/BDS联合双频PPP的E、N、U方向精度分别为(0.66cm,0.53 cm,1.56 cm)和(1.31 cm,1.14 cm,3.98 cm),静态和仿动态平均收敛时间为24.1 min和29.0 min。(2)通过构建GPS/BDS联合三频精密单点定位模型,详细分析了IF1213、UC123和IF123三频PPP模型中的偏差项;提出了一种估计IFCB的三频PPP模型。实验表明,使用估计IFCB的三频PPP模型会显著提高GPS单系统和GPS/BDS联合三频PPP的E和U方向的定位精度,对GPS/BDS收敛时间无明显影响,会延长GPS单系统PPP的收敛时间。GPS/BDS三频PPP实验表明,定位表现由优到劣分别为IF1213、UC123、IF123。对比双频PPP,三频PPP的定位精度无明显提高,三频PPP中IF1213模型的收敛速度优于双频PPP。(3)推导了无电离层组合PPPAR的实现算法,包括整数钟模型和小数偏差模型;对各分析中心的模糊度固定产品做出总结和整理。基于整数钟模型的GPS/BDS联合PPPAR实验结果表明,静态PPPAR实验GPS/BDS与GPS精度及收敛速度相当,优于BDS单系统;仿动态PPPAR,GPS/BDS较单系统精度和收敛速度有明显提高。静态和仿动态实验PPPAR的定位精度分别为(0.59 cm,0.40 cm,1.55 cm)和(1.14 cm,1.11 cm,2.91 cm)。GPS/BDS联合PPPAR的历元固定率较GPS无明显提高,较BDS提高20.1%。PPPAR较浮点PPP收敛速度更快,动态定位精度更高。车载动态实验中固定解较浮点解在E、U方向精度分别提升29.6%和23.2%。(4)基于传统PPPVE模型,构建了三频IF1213-PPPVE模型(TF-PPPVE)和模糊度固定的PPPVE模型(AR-PPPVE)。速度估计试验结果表明,仿动态条件下,AR-PPPVE在E、N和U方向测速精度分别为(0.025cm/s,0.026 cm/s,0.061 cm/s),相较于传统PPPVE在E和N方向分别提升35.9%和36.6%。车载动态实验结果表明,测速精度由高到低分别为AR-PPPVE、传统PPPVE、TFPPPVE;AR-PPPVE在E、N、U方向测速精度分别为(5.56cm/s,5.56 cm/s,4.46cm/s),较传统PPPVE的测速精度分别提升10.0%、13.5%和5.7%。实验结果表明车载动态测速精度约10cm/s。该论文有图44幅,表21个,参考文献92篇。
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