兩種精密單點定位精度分析與對比

許嶺峰

（安徽省地質(zhì)測繪技術(shù)院， 安徽合肥 230022）

0 引言

精密單點定位技術(shù)(Precise Point Positioning，簡稱PPP)自20世紀90年代提出以來便成為國內(nèi)外學者研究的熱點問題，PPP技術(shù)是一種采用絕對定位的技術(shù)，即利用精密星歷和精密鐘差產(chǎn)品在消除信號傳播過程中的各項誤差后以獲取未知點精密位置的技術(shù)[1]。當前PPP技術(shù)已廣泛應用于區(qū)域范圍內(nèi)坐標框架的維持和精化、精密授時、電離層監(jiān)測、衛(wèi)星定軌、地震監(jiān)測、氣象預測、西部無圖區(qū)測繪以及交通、農(nóng)業(yè)等[2～3]。而隨著GNSS的不斷發(fā)展，PPP技術(shù)在發(fā)展中探索出不同的解算方式，從模糊度參數(shù)為實數(shù)解到固定解，從后處理到實時處理，從單系統(tǒng)到多系統(tǒng)融合，這一系列的研究也使得PPP的定位模型從傳統(tǒng)的雙頻消電離層組合模型發(fā)展到非差非組合模型，由于非差非組合模型能夠提供準確的電離層信息，這為提高PPP的收斂速度提供了可能，但是目前采用非差非組合PPP與消電離層組合PPP在定位精度與收斂速度方面并無顯著提高[4～5]。

本文采用雙頻實測數(shù)據(jù)，將觀測值組成雙頻消電離層組合，用以消除電離層延遲一階項，將對流層延遲分為對流層干延遲分量和濕延遲分量，對流層干延遲分量采用Saastamoinen模型改正，將濕延遲分量作為白噪聲采用隨機游走的方法估計，衛(wèi)星鐘差和衛(wèi)星位置采用MGEX提供的精密鐘差和精密星歷產(chǎn)品，將接收機鐘差作為未知參數(shù)估計，采用前向卡爾曼濾波對未知參數(shù)進行估計，最后以IGS發(fā)布的SINEX文件中的坐標作為真值，將解算結(jié)果與其對比，用以精度評定。

1 精密單點定位基本理論

GNSS接收機在時刻偽距和相位的觀測方程為：

式中Pi和Φi分別為偽距和載波相位觀測值，單位：米；λ為載波波長；φi為原始載波觀測值，單位：到接收機相位中心的幾何距離；δti和δts分別為接收機鐘差和衛(wèi)星鐘差；Ti為對流層延遲誤差；Ii為電離層延遲誤差，偽距和相位分別以群速度和相速度在電離層中傳播，所造成的一階電離層延遲誤差可以通過觀測值組合消除；Δd和ΔD分別為接收機端硬件延遲與衛(wèi)星端硬件延遲之差；εPi和εΦi分別為偽距和相位觀測值中未能模型化的誤差及隨機噪聲。

雙頻消電離層組合模型如下：

2 實驗分析

圖1 DOY194 JFNG站兩種PPP單天解時序圖Figure 1.Time sequence diagram of two PPP single-day solutions of DOY194 JFNG station

本實驗采用自編軟件對2019年7月13日（年積日194）JFNG、NNOR、URUM、XMIS、YAR2等 5個測站30s采樣率的數(shù)據(jù)分別進行單系統(tǒng)GPS與GPS/BDS組合雙系統(tǒng)PPP實驗，下載地址如下：ftp：//igs.ign.fr/pub/igs/data/campaign/mgex/daily/rinex3/2019/188/，并將其解算的結(jié)果分別與IGS提供的SINEX文件中的坐標對比，其單天解的精度如圖1所示。

表1 兩種PPP單天解精度對比Table 1.Comparison of single-day solution accuracy of two PPP models

由表1、圖2可知：GPS單系統(tǒng)單天解的平均定位精度分別為1cm、1.69cm和2.40cm，而GPS/BDS組合系統(tǒng)的平均定位精度分別為0.7cm、1.19cm和1.90cm；而在收斂速度上，GPS單系統(tǒng)在X、Y、Z三個方向上的收斂速度分別為20.4min、25.8min和33.7min；組合系統(tǒng)的收斂速度分別為16.3min、22.1min和28.9min。由此可見，無論是從定位精度還是收斂速度，組合雙頻PPP都略優(yōu)于GPS單系統(tǒng)雙頻PPP。

3 結(jié)論

圖2 兩種PPP平均收斂速度對比Figure 2.Comparison of average convergence rates of two PPP models

通過上述實驗，我們分析得到組合雙頻PPP無論從定位精度還是從收斂時間都優(yōu)于單系統(tǒng)，這是由于在消除系統(tǒng)間偏差后，組合雙系統(tǒng)接收到的衛(wèi)星數(shù)量比單系統(tǒng)的多，從而形成了冗余觀測，并且衛(wèi)星與測站之間的空間幾何結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)化，有利于提高PPP的定位精度和收斂速度，這是基于觀測值質(zhì)量為獨立等精度，若有質(zhì)量較差的觀測值，應在數(shù)據(jù)預處理中剔除或修復，否則將導致定位精度以及收斂效率的降低。