多系統(tǒng)多頻非組合PPP模型優(yōu)化及模糊度固定方法研究

岳彩亞

聊城大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，山東 聊城 252059

相對于傳統(tǒng)的無電離層組合模型，近年發(fā)展起來的非組合PPP可直接利用GNSS原始觀測值，在未放大觀測噪聲的前提下，保留了電離層延遲等有效信息，且更適合當(dāng)前及未來多系統(tǒng)多頻率數(shù)據(jù)融合解算。然而，國內(nèi)外對于非組合PPP的研究還比較有限，特別是在當(dāng)前多系統(tǒng)多頻率的大背景下，如何建立更為精確的函數(shù)模型和隨機模型，如何高效地改正各類型觀測值上的硬件延遲偏差和不同系統(tǒng)間的基準(zhǔn)偏差，如何在受到電離層延遲殘差影響嚴(yán)重的情況下有效地分離衛(wèi)星端相位硬件延遲偏差和得到最優(yōu)模糊度固定解等方面仍是研究難點。針對上述問題，論文主要研究內(nèi)容和成果如下。

(1) 針對第三頻率載波相位觀測方程上的頻間鐘偏差(IFCB)難以實現(xiàn)逐歷元估計的問題，利用全球均勻分布的248個GNSS連續(xù)跟蹤站估計得到了GPS、Galileo、BDS-2和BDS-3(B1I/B3I/B1C和B1I/B3I/B2a)系統(tǒng)的IFCB。在分析其時變特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合最終星歷產(chǎn)品的滯后特點，提出了一種基于逐歷元滑動的皮爾森自相關(guān)函數(shù)的IFCB短期預(yù)報建模方法，并分別利用服從t分布的假設(shè)檢驗理論，與實測IFCB的殘差比較，PPP相位驗后殘差和動態(tài)/靜態(tài)PPP定位結(jié)果進行了可行性驗證。

(2) 針對北斗衛(wèi)星系統(tǒng)頻點的特殊性，基于GPS和BDS-2/3三頻觀測數(shù)據(jù)，分析和評估了3種常用的系統(tǒng)間偏差隨機模型對GPS/BDS-2、GPS/BDS-3和GPS/BDS-2/3組合的PPP定位性能的影響，試驗結(jié)果表明：當(dāng)采用WHU分析中心提供的精密星歷產(chǎn)品時，3種隨機模型PPP定位性能基本一致，隨機游走過程略優(yōu)于時間常數(shù)模型和白噪聲模型。同時進行了系統(tǒng)間偏差短期時序變化特性分析和與不同品牌類型接收機相關(guān)性的比較,為多頻的GPS與BDS-2/3系統(tǒng)間偏差參數(shù)求解和隨機模型的精化奠定了模型基礎(chǔ)。

(3) 針對當(dāng)前非組合PPP經(jīng)驗隨機模型難以客觀真實地反映各原始觀測值噪聲水平的不足，在顧及方差-協(xié)方差陣中對角線元素的方差比例因子和同類型觀測值間的交差相關(guān)性的前提下，構(gòu)建了一種優(yōu)化的隨機模型，并基于協(xié)方差分量驗后估計方法提出了一套完整的優(yōu)化和評估策略。鑒于各系統(tǒng)精密星歷的精度和PPP定位模型偏差改正的準(zhǔn)確性，以4種不同品牌接收機的GPS雙頻觀測數(shù)據(jù)為例進行了新的隨機模型的優(yōu)化，并評估和靜態(tài)/動態(tài)PPP驗證分析。所有的測試結(jié)果表明，相對于經(jīng)驗的隨機模型，利用優(yōu)化的隨機模型得到的PPP解的坐標(biāo)精度和收斂時間均有一定的改善。

(4) 基于精化的函數(shù)模型和優(yōu)化的隨機模型，研究了影響多頻非組合PPP原始頻率上模糊度參數(shù)整周性的FCB誤差組成，系統(tǒng)地梳理了服務(wù)端非組合FCB的估計算法，并開發(fā)了一套多系統(tǒng)(GPS/Galileo/BDS-2/BDS-3)三頻FCB產(chǎn)品軟件服務(wù)系統(tǒng)，依次從浮點模糊度數(shù)據(jù)利用率、驗后殘差分布及時間序列穩(wěn)定性等內(nèi)符合精度方面和靜態(tài)/動態(tài)PPP固定解性能方面進行驗證。結(jié)果表明：所估計的衛(wèi)星端FCB均具有較高的精度和穩(wěn)定性，并且模糊度固定后可顯著改善非組合PPP定位性能。

(5) 針對當(dāng)前常用的部分模糊度最優(yōu)子集選取時的判斷準(zhǔn)則較為單一的問題，提出一種綜合模糊度方差、模糊度精度衰減因子、衛(wèi)星位置精度因子和ratio-test檢核值的多尺度因子約束的最優(yōu)子集選取方法，用戶端可通過調(diào)整各因子的大小，給相應(yīng)的表征參數(shù)項賦予不同的權(quán)重，從而可避免衛(wèi)星幾何圖形較差的不利定位條件。與基于模糊度方差大小選取最優(yōu)子集的方法相比，新提出的方法可使得所有固定歷元的三維方向的坐標(biāo)殘差平均RMS降低約23.63%，平均固定歷元個數(shù)提高率約為8.71%。