多系統(tǒng)精密單點定位方法研究

王亞鋒

【摘 要】精密單點定位集成了單點定位和相對定位技術(shù)的優(yōu)點，多衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組合可以保證多種環(huán)境下的收星數(shù)量，能更好提高定位完好性、可用性、連續(xù)性，加強系統(tǒng)可告性。本文以GPS、BDS系統(tǒng)為對象，研究了多系統(tǒng)組合精密單點定位的方法與關(guān)鍵技術(shù)，并利用長時間靜態(tài)觀測量進行測試，結(jié)果表明方法可以有效提高系統(tǒng)冗余度與穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】精密單點定位；衛(wèi)星導(dǎo)航；多系統(tǒng)組合

中圖分類號： P228.4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）19-0016-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.19.005

Research on multi-system precise single point positioning method

WANG Ya-feng

（The 20th Research Institute of China Electronic Technology Group Corporation， Xi'an， Shaanxi Xi'an 710000， China）

【Abstract】Precise point positioning integrates the technical advantages of point positioning and differential positioning. Multi-satellite navigation system combination can ensure the number of stars collected in a variety of environments， which can better improve positioning integrity， usability， continuity， and admissibility. In this paper， the GPS and BDS systems are used to study the method and key technology of multi system precision single point positioning， and the test is carried out by long time static measurement. The results show that the method can effectively improve the redundancy and stability of the system.

【Key words】Precise point positioning； Navigation satellite system； Multi-system combination

0 前言

過去三十年來，相對定位在精確定位方面一直占據(jù)主導(dǎo)地位。相對定位消除或減少了大部分衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在空間上相關(guān)的觀測誤差，從而提供高精度的定位解決方案。近年來，精確點定位技術(shù)日益受到關(guān)注和廣泛應(yīng)用，具有單點定位和差分定位的優(yōu)勢，具有較強應(yīng)用意義。歷經(jīng)十余年的快速發(fā)展，精密單點定位的基本理論與實踐問題已經(jīng)得到較好的解決，目前正在朝工程化應(yīng)用階段邁進。由于單系統(tǒng)定位在復(fù)雜環(huán)境下收星較少，觀測量精度不足，難以保證應(yīng)用需要。隨著多種GNSS系統(tǒng)的發(fā)展，更多的可見衛(wèi)星數(shù)，更好的觀測量可以用于定位，有效解決了單系統(tǒng)應(yīng)用受限的問題。本文針對多系統(tǒng)精密單點定位，分析了其中的關(guān)鍵問題，研究了技術(shù)難點，并利用BDS、GPS的靜態(tài)數(shù)據(jù)進行了精密單點定位分析，驗證了方法的可行性。

1 精密單點定位方法

精密單點定位需要解決的關(guān)鍵問題包括：（1）穩(wěn)定的載波相位、偽距觀測量；（2）精確的衛(wèi)星位置、鐘差；（3）各類定位誤差的精確修正模型。具體流程如圖1所示，包括無電離層模型的建立，各類誤差修正及未知參數(shù)的估計（定位解算）。

1.1 無電離層模型

1.2 精密單點定位的誤差及改正方法

精密單點定位采用非差觀測量，在數(shù)據(jù)處理過程中，所有誤差項都必須考慮。對于衛(wèi)星位置、鐘差利用精密星歷獲取；其他大部分誤差如天線相位偏差、地球固體潮、海洋負荷、地球自轉(zhuǎn)等，主要通過建立較為精確的模型進行處理；對于難以建立模型進行消除的誤差，可作為未知參數(shù)進行估計，如天頂對流層濕延遲分量、接收機鐘差。

1.3 參數(shù)估計方法

使用擴展 Kalman 濾波（EKF）算法實現(xiàn)參數(shù)估計流程如圖2所示。

2 多系統(tǒng)精密單點定位的技術(shù)難點

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

觀測量數(shù)據(jù)極易受環(huán)境影響，導(dǎo)致失鎖、周跳，增大誤差，影響定位結(jié)果。需要在參數(shù)估計之前進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，主要包括粗差檢測與剔除、接收機鐘跳檢測與修復(fù)、相位周跳檢測等。

2.2 鐘差參數(shù)處理

不同系統(tǒng)產(chǎn)生不同的接收機鐘差，需增加鐘差參數(shù)的估計。

2.3 周跳檢測閾值

周跳檢測時，應(yīng)根據(jù)衛(wèi)星軌道類型設(shè)置不同的檢測閾值。由于GEO電離層較為穩(wěn)定，需設(shè)置更為嚴格的閾值。

2.4 隨機模型

對流層延遲、多路徑效應(yīng)等都隨著衛(wèi)星高度角的增大而減少，針對不同軌道類型設(shè)置衛(wèi)星隨機模型，可采用高度角相關(guān)的定權(quán)策略以減弱偽距多路徑、殘余大氣誤差的影響：

σ2=a2+a2/sin2（el）（9）

式中，σ為觀測數(shù)據(jù)標準差，el為衛(wèi)星高度角，對于相位觀測值 GPS， BDS IGSO+MEO 和 BDS GEO的a分別設(shè)為0.003，0.003和0.009m；對于偽距觀測值，GPS，BDS IGSO+MEO和BDS GEO的a分別設(shè)為0.3，0.6和3.0m。

3 靜態(tài)數(shù)據(jù)測試

利用接收機采集靜態(tài)觀測量數(shù)據(jù)，并從IGS數(shù)據(jù)分析中心獲取GPS/BDS精密衛(wèi)星軌道和衛(wèi)星鐘鐘差數(shù)據(jù)進行GPS、BDS及GPS/BDS組合三種方式下的精密單點定位。定位結(jié)果如圖3所示。

由圖中結(jié)果可以看出，GPS/BDS組合精密單點定位性能介與GPS、BDS精密單點定位之間，三種方法收斂速度、定位精度相近。而相比于單系統(tǒng)，GPS、BDS組合定位星數(shù)較多，PDOP穩(wěn)定，有效提高定位穩(wěn)定性、可靠性。

4 結(jié)論

GNSS精密單點定位是GNSS未來發(fā)展趨勢之一。隨著GPS現(xiàn)代化、GLONASS恢復(fù)、Galileo和北斗的發(fā)展，多系統(tǒng)組合精密單點定位，有利于增加可見衛(wèi)星，增強幾何結(jié)構(gòu)，能夠有效提高城市等弱環(huán)境和航海等無參考站條件下的可用性和導(dǎo)航定位精度。

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