張寶成

中國科學院 測量與地球物理研究所，動力大地測量學國家重點實驗室，湖北 武漢430077

由美國GPS、俄羅斯GLONASS、歐盟Galileo和中國“北斗”聯(lián)合組成的全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)（global navigation satellite system，GNSS）現(xiàn)已廣泛地服務于地球和空間科學領域。最優(yōu)地融合各類GNSS的觀測數(shù)據(jù)，以快速、準確地估計位置、速度、時間、大氣等參數(shù)，是當前和未來階段的研究熱點。為實現(xiàn)此目的，本文對精密單點定位（precise point positioning，PPP）技術實施了一系列的改進，完善了其模型算法，彌補了其技術缺陷，拓展了其應用范圍。本文的研究主線安排如下：

完善標準PPP的模型和算法。自被提出至今，PPP技術較多地采用“消電離層組合”的非差偽距和相位作為基本觀測量。在觀測域消除電離層將放大多路徑效應，且不便于約束電離層延遲的時空變化。為此，本文提出基于GNSS原始觀測值的“非組合”PPP概念，以克服上述不足。其中，電離層延遲被作為一類待估參數(shù)，其短期變化被合理地模型化為隨機游走過程。同時，顧及了衛(wèi)星姿態(tài)異常對改正兩類系統(tǒng)誤差（即相位繞轉和衛(wèi)星相位中心偏差）的影響。與標準PPP相比，非組合PPP的收斂時間較短（特別是高采樣率觀測數(shù)據(jù)），參數(shù)解可靠性更高。特別的，非組合PPP能提供準確的電離層信息，可作為利用GNSS研究電離層的一種新手段。

豐富參考網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理理論。與實時動態(tài)相對定位（RTK）相比，標準和非組合PPP存在一個共同的缺陷：無法實現(xiàn)整周模糊度固定，導致收斂時間過長。其根本原因在于，PPP的模糊度參數(shù)中吸收了衛(wèi)星相位偏差，因此不再具備整周特性。為此，先后有研究提出利用全球或區(qū)域GNSS參考網(wǎng)估計衛(wèi)星相位偏差，以用作PPP的額外改正信息。本文將現(xiàn)有參考網(wǎng)數(shù)據(jù)處理方法歸納為3類，推導了它們的模型等價性，并概括了它們的實施差異。特別的，本文詳細地分析了3類方法的典型不足，如側重于處理雙頻觀測值，無法有效地提供電離層改正等，由此掣肘了它們在未來多頻、多模觀測條件下的適用性，同時也難以實現(xiàn)單頻PPP模糊度固定。

本文提出了一種直接處理非差、非組合GNSS觀測值的參考網(wǎng)函數(shù)模型，即非組合模型。為確保參數(shù)的可估性，采用S基理論識別了設計矩陣的列秩虧，以便于將部分參數(shù)定義為S基準，同時確保：①可估的（接收機和衛(wèi)星）偽距和相位偏差仍具備時不變特性；②可估的模糊度仍保留整周特性，互相獨立且數(shù)量最多。在濾波實施中，當相鄰歷元所定義的S基準發(fā)生改變時，為確保濾波連續(xù)，還需要采用S轉換對上一歷元的濾波值實施等價變換。

非組合模型具備處理不同范圍（全球、廣域和局域）參考網(wǎng)數(shù)據(jù)的能力。針對某類參考網(wǎng)，還可以靈活地處理單頻、雙頻和多頻數(shù)據(jù)。基于某局域網(wǎng)的雙頻GPS數(shù)據(jù)，本文利用非組合模型估計了衛(wèi)星鐘差、衛(wèi)星相位偏差和電離層延遲，并重點考察了衛(wèi)星相位偏差的穩(wěn)定性和電離層延遲的內(nèi)插效果。進而，分別驗證了單頻和雙頻PPP模糊度固定的效率和靜、動態(tài)定位精度。此外，采用非組合模型分析若干零／短基線的雙頻GPS數(shù)據(jù)，估計了兩臺接收機的相對儀器偏差，并發(fā)現(xiàn)了其中較為顯著的短期變化趨勢，進而否定了有關接收機儀器偏差在1～3天內(nèi)不隨時間變化的一般性認知。

概括而言，本文對PPP算法的研究緊扣未來多頻、多模的應用需求，并確保能提供高精度的單頻服務。從改善單測站PPP性能的角度出發(fā)，引申出一種更為實用的參考網(wǎng)數(shù)據(jù)處理模型，最終促進了單測站PPP模型算法的完善和應用范圍的擴展。