张国利;张京奎;杨开伟
【摘 要】利用6个IGS跟踪站一周的静态数据,采用采样间隔为30 s的卫星钟差产品,对精密单点定位(PPP)整周模糊度的固定模式——PPP_AR模式和常规的浮点解模式下的定位精度和收敛时间进行了比较试验.结果表明,PPP_AR模糊度固定模式下,数据之间具有自洽性,定位精度在E-W和N-S两个方向的RM S都优于1 cm,在U-D方向优于3.5 cm,明显高于浮点解模式下的定位精度.且PPP_A R模式下整周模糊度的固定率都在93％ 以上.PPP_AR模式下的收敛时间集中在20～25 min,浮点解模式25～35 min. 【期刊名称】《全球定位系统》
【年(卷),期】2018(043)003
【总页数】7页(P100-106)
天巡一号
【关键词】PPP_AR;PPP;自洽性;定位精度;收敛时间
【作 者】张国利;张京奎;杨开伟
【作者单位】中国人民解放军92941部队43分队 ,辽宁葫芦岛125001;中国电子科技集团公司第54研究所 ,河北石家庄050081;卫星导航系统与装备技术国家重点实验室 ,河北石家庄050081;中国电子科技集团公司第54研究所 ,河北石家庄050081;卫星导航系统与装备技术国家重点实验室 ,河北石家庄050081
【正文语种】中 文
【中图分类】P228.4
0 引 言
精密电阻箱近几年随着IGS提供的精密轨道、钟差精度产品精度越来越高,精密单点定位(PPP)技术的性能也越来越好,目前在地壳形变监测、低轨卫星定轨、高精度动态定位、精密时间比对等领域得到广泛的应用,PPP精度和收敛速度是目前面临的最重要的两个问题。影响收敛速度的因素包括GPS卫星几何构型变化、伪距观测质量、接收机和卫星的硬件延迟等,而定位精度的主要影响因素是整周模糊度的固定。在传统的PPP中,当定位所用的模型不准确时,由于 相位未校准延迟偏差中小数部分FCBs(Fractional-cycle biases)被强制引入到模糊度参数中。这种情况下对模糊度进行强制固定,会使得定位出现较大的偏差[1-2]。如何分离FCBs,获取非差模糊度的整数特征,从而提高PPP精度是未来创新问题之一。
法国国家太空研究中心提出了PPP整周模糊度的固定模式——PPP_AR模式。这种模式对各种改正数据要求比较高,要实现数据之间的自洽性,只能采用中心国家空间研究(CNES)提供的精密产品才能满足要求。本文将这种模式跟常规的PPP模式比较,来验证这种模式的模糊度固定率和收敛时间的优越性。
1 PPP原理
PPP是利用非差观测值进行定位,它通过一台双频GPS接收机采集卫星的伪距观测值和载波相位观测值,利用IGS提供的精密星历和卫星钟差文件并加入接收机硬件延迟、潮汐改正等各种误差改正模型,实现分米级甚至厘米级的定位精度[1-4]。
PPP的影响因素有:接收机钟差、卫星钟差、接收机和卫星天线相位中心偏差、地球自转、地球固体潮、海洋负荷潮汐改正、相位缠绕等。由于PPP采用的是非差观测值,许多误差不
能通过组成差分方程来减弱或者消除,因此各种误差源都必须加以考虑。目前主要因素是:载波相位中模糊度的处理方式(影响模糊度的固定率和收敛速度),卫星钟的采样间隔(如果间隔较大,钟差的内插误差会影响对流层延迟,从而影响最终的定位精度),海潮负荷和对流层(影响垂直方向的定位精度)[4-5]。
本文采用GPS的双频相位和伪距观测值,无电离层组合方程为
(1)
(2)
式中: Ci和Cj为无电离层模型的组合系数; 和 分别为测站r的无电离层组合的伪距、相位观测值; 和 分别为每个站的伪距和载波相位观测值。Ci和Cj可以按照下面的公式推导:
(3)
(4)
其中: fi和fj为不同载波的频率,本文指的是L1和L2载波的频率。
行波进位加法器
2 数据处理的参数选取和实验分析验证
2.1 数据处理的参数选取
PPP需要估计的参数包括:测站的坐标、接收机的钟差、天顶对流层延迟,卫星的整周模糊度参数。对流层参数首先使用Saastamoinen模型改正它的干分量,残余的湿分量采用随机游走方式 进行估计,并且使用GMF[6-8]投影函数将天顶对流层延迟投影到传播路径上,采用LC电离层组合模型。使用精密的卫星钟差和卫星轨道数据来计算卫星的轨道和钟差,多路径影响、相对论效应、地球自转、相位缠绕,海潮负荷使用相应的模型进行改正。
本文中采用的参数设置和处理方法如表1所示。
表1 参数设置和处理方法参数处理方法 观测值无电离层组合伪距/载波 截止卫星高度角10° 固体潮汐、相位缠绕模型改正 相对论效应、地球自转模型改正 卫星钟差和轨道钟差grg星历和钟差,igs星历和钟差 接收机钟差白噪声,初始方差为10000 m2 模糊度PPP_AR模式和常规模式
2.2 实验分析和验证
保温碗由于5 min卫星钟差的采样间隔对ZTD影响比较大[4],为了避免卫星钟差采样间隔对定位结果产生大的影响,本文中的卫星钟差采样间隔为30 s. 利用IGS的六个跟踪站(ABMF、AUCK、CHUM、CHUR、DUBO、FLIN)2014年11月23日到2014年11月29日一周的原始观测文件和导航文件数据,精密星历和钟差参数采用IGS提供的精密轨道文件和采样间隔为30 s的钟差文件,PPP_AP模式采用grg格式的轨道星历和钟差数据作分析。六个测站的信息如表2所示。
表2 测站信息测站XYZ天线类型 ABMF-766 174.460 0-3 611 375.320 05 184 056.220 0NOV750.R4 AUCK-5 105 681.075 1461 564.038 1-3 782 181.660 0TRM55971.00 CHUM1 228 950.716 04 508 079.930 04 327 868.505 0AOAD/M_T CHUR-236 438.700 0-3 307 616.700 05 430 049.100 0ASH701945E_M DUBO-417 603.600 04 064 529.800 04 881 432.160 0AOAD/M_T FLIN-766 174.460 0-3 611 375.320 05 184 056.220 0NOV750.R4
试验中将每个测站7天的静态观测数据一起处理,采用前向滤波模式。计算两种不同模式下的E-W、N-S、U-D三个方向的RMS值,并且统计每个站PPP_AR模式下的收敛时间。两种模式下的定位结果如图1～6所示。硅胶海绵条
图1 AMBF站的模糊度浮点解定位结果
图2 AMBF站的模糊度PPP_AR模式定位结果
图3 DUBO站的模糊度浮点解定位结果
图4 DUBO站的模糊度PPP_AR模式定位结果
图5 FLIN站的模糊度浮点解定位结果
图6 FLIN站的模糊度PPP_AR模式定位结果
根据上面的处理结果,对每个站各个方向的RMS和PPP_AR模式下的固定率进行统计，结果如表3和表4所示。
表3 每个站的定位结果统计(RMS)站名E-W方向/cmN-S方向/cmU-D方向/cm 浮点解模式PPP_AR模式浮点解模式PPP_AR模式浮点解模式PPP_AR模式 ABMF3.560.9411.960.3120.883.09 AUCK1.242.061.941.03.582.98 CHUM2.790.351.460.423.810.85 CHUR1.030.150.630.112.740.39 DUBO0.450.530.720.
332.171.08 FLIN1.020.210.730.232.590.67
表4 每个站的模糊度固定率统计站名ABMFAUCKCHUMCHURDUBOFLIN 固定率94.3%94.9%98.7%93.0%99.4%99.1%
铸造工艺流程由表3各个测站三个方向的RMS值可见:GPS整周模糊度PPP_AR模式下在E-W和N-S两个方向的RMS都优于1 cm(CHUM的E-W方向是2.06 cm除外),在U-D方向优于3.5 cm,其中RMS最大值出现于ABMF 站3.09 cm,最小值出现于CHUR 站0.39 cm,没有其他两个方向的定位结果好,但相比浮点解模式得到了很大的提高。
由表4中的统计结果可以看出所用的六个测站的整周模糊度固定率都在90%以上,FLIN和DUBO站的固定率达到了99%以上。这是因为PPP_AR模式下各种精密星历和钟差文件以及各种误差改正数据之间的自洽性比较好。模糊度固定率提高了,定位精度必然会提高。
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