GPS非差非组合精密单点定位算法研究

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1、DOI:10.13203/j.whugis2013.12.010第３８卷第１２期武汉大学学报·信息科学版Ｖｏｌ．３８Ｎｏ．１２２０１３年１２月ＧｅｏｍａｔｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅｏｆＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＤｅｃ．２０１３文章编号：１６７１－８８６０（２０１３）１２－１３９６－０４文献标志码：ＡＧＰＳ非差非组合精密单点定位算法研究章红平１１，２１３高周正牛小骥伍岳（１武汉大学卫星导航定位技术研究中心，武汉市珞喻路１２９号，４３００７９）（２武汉大学测绘学院，武汉市珞喻路１２９号，４３００７９）（３三峡大学土木与建筑学院，宜昌市大

2、学路８号，４４３００２）摘要：首先介绍了非差非组合精密单点定位（ｐｒｅｃｉｓｅｐｏｉｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ，ＰＰＰ）算法，分析了它与传统ＰＰＰ的差异；处理了３００个ＩＧＳ跟踪站连续７ｄ的数据，分析了接收机伪距硬件延迟偏差（ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｃｏｄｅｂｉａｓ，ＤＣＢ）和先验电离层精度对非差非组合ＰＰＰ收敛速度的影响。统计结果表明，对于非差非组合ＰＰＰ，利用ＩＧＳ提供的全球电离层延迟模型ＧＩＭ，静态定位精度Ｎ／Ｅ方向均收敛到１０ｃｍ以内，估计接收机ＤＣＢ的ＰＰＰ平均收敛速度为１３．１２ｍｉｎ，比不估计接收机ＤＣＢ的ＰＰＰ快５．３６ｍｉｎ，与传统的ＬＣＰＰＰ

3、相当。在获得高精度电离层先验数据的条件下，估计接收机ＤＣＢ的非差非组合ＰＰＰ平面精度收敛１０ｃｍ的速度约为８．６７ｍｉｎ，比传统ＰＰＰ收敛速度平均快约３．２６ｍｉｎ。关键词：非差非组合精密单点定位；接收机硬件延迟偏差；收敛时间；全球电离层延迟模型ＧＩＭ中图法分类号：Ｐ２２８．４１［２］随着ＩＧＳ提供的精密轨道、钟差精度越来越层延迟误差小于电离层总延迟的１％，可在实［１－２］高，精密单点定位（ｐｒｅｃｉｓｅｐｏｉｎｔｐｏｓｔｉｏｎｉｎｇ，时ＰＰＰ应用中忽略，但该组合使得伪距和载波观［５］ＰＰＰ）技术在地壳形变监测、ＧＰＳ气象学、低轨卫测值噪声扩大近３倍。基于双

4、频的非差非组合［３］［４］星定轨、高精度动态定位、高精度组合导航等ＰＰＰ算法不进行观测值间的组合，而是将各卫星领域得到了广泛的应用。实际应用中，ＰＰＰ定位斜路径上的电离层延迟作为参数估计，这样，在不精度和收敛速度是最重要的两个问题。受ＧＰＳ改变观测值噪声的同时消除了电离层误差。其伪［４］卫星几何构型变化、伪距观测质量［２］等因素影响，距和载波观测方程为：获取ｃｍ级定位精度，传统ＰＰＰ需要较长的收敛Ｐｉ＝ρ＋ｃ（δｔｒ－δｔｓ）－（λｉ）２ρｉｏｎ，１－λ１时间。文献［４］研究了非差非组合ＰＰＰ算法的收ｓ）＋Δ＋ε（１）γｉ（ρＤＣＢ＋ρｒ，ＤＣＢＰ，ｉ敛问题

5、，本文进一步研究接收机伪距硬件延迟偏ｓ）＋λＬｉ＝ρ＋ｃ（δｔｒ－δｔｉＮｉ＋差（ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｃｏｄｅｂｉａｓ，ＤＣＢ）以及先验电离层延迟模型精度对ＰＰＰ定位精度和收敛速度的影（λｉ）２（２）ρｉｏｎ，１＋Δ＋εＬ，ｉλ１响。式中，Ｐ、Ｌ分别表示伪距和载波观测值；ρ表示接收机至卫星间的几何距离；ｃ表示真空中光速；ｓ、ｒ１非差非组合ＰＰＰ算法分别代表卫星和接收机；δｔ、δｔｓ分别表示接收机ｒ２２ｆ２ｆ１１．１观测方程与参数设置和卫星种差；γ１＝（ｆ２２）、γ２＝（ｆ２２）表示伪１－ｆ２１－ｆ２传统ＰＰＰ算法采用ＧＰＳ双频伪距和载波的距ＤＣＢ系数；ρｓ、

6、分别表示伪距观测值ＤＣＢ，ｉρｒ，ＤＣＢ，ｉ无电离层组合来消除电离层延迟一阶项，但不能上的卫星和接收机硬件延迟误差；λ、Ｎ分别表示［２］消除高阶电离层延迟的影响，残余的高阶电离载波波长和载波模糊度；Δ表示其他误差改正，包收稿日期：２０１３－１０－０８。项目来源：国家９７３计划资助项目（２００９ＣＢ７２４００２０５）；国家８６３计划资助项目（２０１２ＡＡ１２Ａ２０６）；国家自然科学基金资助项目（４１００４０１０）。第３８卷第１２期章红平等：ＧＰＳ非差非组合精密单点定位算法研究１３９７［６］括对流层、相对论、地球自转、天线相位中心偏差角定权，伪距、载波、对流层天

7、顶湿延迟、接收等；εＰ、εＬ分别表示伪距和载波相位观测值的观测机ＤＣＢ先验方差可根据插页Ⅰ表２给定，状态噪声。对于式（１）、（２）中的对流层延迟、卫星天线参数动态噪声按照插页Ⅰ表３给定。先验电离相位中心修正等其他系统误差量，采用了国际ＩＧＳ层延迟作为虚拟观测值噪声，需要根据不同的组织公布的标准误差模型进行了消除。本文按照电离层延迟模型的精度情况确定，对于ＧＩＭ模插页Ⅰ表１中的三种ＰＰＰ方案对数据进行解算。型，可根据式（３）给定。ＰＰＰ解算时，本文参数［７］１．２先验信息设置估计采用了序贯最小二乘的方法，逐历元进在ＰＰＰ算法中，伪距和载波可根据不同高度行ＰＰＰ

8、解算。２２ｔ－１４２１烄σｉｏｎ，０＋σｉｏｎ，１·