王亞鋒

【摘 要】精密單點(diǎn)定位集成了單點(diǎn)定位和相對(duì)定位技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，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(qiáng)系統(tǒng)可告性。本文以GPS、BDS系統(tǒng)為對(duì)象，研究了多系統(tǒng)組合精密單點(diǎn)定位的方法與關(guān)鍵技術(shù)，并利用長(zhǎng)時(shí)間靜態(tài)觀測(cè)量進(jìn)行測(cè)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(diǎn)定位；衛(wèi)星導(dǎo)航；多系統(tǒng)組合

中圖分類號(hào)： P228.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(guò)去三十年來(lái)，相對(duì)定位在精確定位方面一直占據(jù)主導(dǎo)地位。相對(duì)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(cè)誤差，從而提供高精度的定位解決方案。近年來(lái)，精確點(diǎn)定位技術(shù)日益受到關(guān)注和廣泛應(yīng)用，具有單點(diǎn)定位和差分定位的優(yōu)勢(shì)，具有較強(qiáng)應(yīng)用意義。歷經(jīng)十余年的快速發(fā)展，精密單點(diǎn)定位的基本理論與實(shí)踐問(wèn)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(jìn)。由于單系統(tǒng)定位在復(fù)雜環(huán)境下收星較少，觀測(cè)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(jiàn)衛(wèi)星數(shù)，更好的觀測(cè)量可以用于定位，有效解決了單系統(tǒng)應(yīng)用受限的問(wèn)題。本文針對(duì)多系統(tǒng)精密單點(diǎn)定位，分析了其中的關(guān)鍵問(wèn)題，研究了技術(shù)難點(diǎn)，并利用BDS、GPS的靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行了精密單點(diǎn)定位分析，驗(yàn)證了方法的可行性。

1 精密單點(diǎn)定位方法

精密單點(diǎn)定位需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題包括：（1）穩(wěn)定的載波相位、偽距觀測(cè)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(wú)電離層模型的建立，各類誤差修正及未知參數(shù)的估計(jì)（定位解算）。

1.1 無(wú)電離層模型

1.2 精密單點(diǎn)定位的誤差及改正方法

精密單點(diǎn)定位采用非差觀測(cè)量，在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，所有誤差項(xiàng)都必須考慮。對(duì)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(fù)荷、地球自轉(zhuǎn)等，主要通過(guò)建立較為精確的模型進(jìn)行處理；對(duì)于難以建立模型進(jìn)行消除的誤差，可作為未知參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，如天頂對(duì)流層濕延遲分量、接收機(jī)鐘差。

1.3 參數(shù)估計(jì)方法

使用擴(kuò)展 Kalman 濾波（EKF）算法實(shí)現(xiàn)參數(shù)估計(jì)流程如圖2所示。

2 多系統(tǒng)精密單點(diǎn)定位的技術(shù)難點(diǎn)

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

觀測(cè)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(jì)之前進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，主要包括粗差檢測(cè)與剔除、接收機(jī)鐘跳檢測(cè)與修復(fù)、相位周跳檢測(cè)等。

2.2 鐘差參數(shù)處理

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

2.3 周跳檢測(cè)閾值

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

2.4 隨機(jī)模型

對(duì)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(duì)不同軌道類型設(shè)置衛(wèi)星隨機(jī)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(cè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差，el為衛(wèi)星高度角，對(duì)于相位觀測(cè)值 GPS， BDS IGSO+MEO 和 BDS GEO的a分別設(shè)為0.003，0.003和0.009m；對(duì)于偽距觀測(cè)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(cè)試

利用接收機(jī)采集靜態(tài)觀測(cè)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(jìn)行GPS、BDS及GPS/BDS組合三種方式下的精密單點(diǎn)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(diǎn)定位性能介與GPS、BDS精密單點(diǎn)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(diǎn)定位是GNSS未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)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(diǎn)定位，有利于增加可見(jiàn)衛(wèi)星，增強(qiáng)幾何結(jié)構(gòu)，能夠有效提高城市等弱環(huán)境和航海等無(wú)參考站條件下的可用性和導(dǎo)航定位精度。

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