多尺度區(qū)域增強(qiáng)PPP-RTK理論與應(yīng)用

王思遙

中國(guó)科學(xué)院國(guó)家授時(shí)中心，陜西 西安 710600

在PPP模糊度固定技術(shù)的應(yīng)用中，使用未校準(zhǔn)的相位延遲(UPD)產(chǎn)品進(jìn)行PPP模糊度固定可以顯著縮短PPP收斂所需的時(shí)間并提高定位精度。如果用戶位于一個(gè)稠密的參考站網(wǎng)中，利用參考站網(wǎng)生成的大氣延遲改正數(shù)可以進(jìn)一步縮短收斂時(shí)間，甚至實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)的模糊度固定，該技術(shù)被稱為區(qū)域增強(qiáng)PPP。論文著眼于UPD產(chǎn)品估計(jì)、模糊度固定、改正數(shù)生成與使用、內(nèi)插模型選取和改正數(shù)隨機(jī)模型等幾個(gè)主題研究區(qū)域增強(qiáng)PPP算法的相關(guān)問(wèn)題。

論文主要研究?jī)?nèi)容如下：

(1)以對(duì)比試驗(yàn)的方式研究不同尺度參考站網(wǎng)對(duì)UPD產(chǎn)品估計(jì)質(zhì)量及模糊度固定的影響。選取了3種典型尺度的參考站網(wǎng)，即全球網(wǎng)、廣域網(wǎng)和區(qū)域網(wǎng)，分別計(jì)算對(duì)應(yīng)的UPD產(chǎn)品，評(píng)估其質(zhì)量指標(biāo)并進(jìn)行模糊度固定試驗(yàn)，分析3種UPD產(chǎn)品的質(zhì)量差別。試驗(yàn)中PPP模糊度固定效率的評(píng)價(jià)指標(biāo)選取了首次固定所需時(shí)間、固定失敗率和固定錯(cuò)誤率。試驗(yàn)結(jié)果表明，由于受到與時(shí)空相關(guān)殘余誤差影響，使用較小尺度的參考站網(wǎng)解算的UPD產(chǎn)品具有更高的精度，可以獲得最優(yōu)的流動(dòng)站解。

(2)為了進(jìn)一步縮短獲得固定坐標(biāo)解所需的收斂時(shí)間并獲得更高精度的解，設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的適用于PPP模糊度固定的部分模糊度固定策略和與之配套的固定正確性檢核方法。在提出的PAR方法中，按照衛(wèi)星高度角對(duì)模糊度排序，逐一排除低高度角衛(wèi)星模糊度確定待固定子集。此外，對(duì)于靜態(tài)固定模式，提出了一種基于連續(xù)固定解坐標(biāo)序列差異性的檢核方法以進(jìn)一步增強(qiáng)固定解的正確率。

(3)推導(dǎo)多GNSS系統(tǒng)組合區(qū)域增強(qiáng)PPP算法中包括大氣延遲改正數(shù)生成與使用、基準(zhǔn)傳遞和非差、單差模糊度固定等諸多環(huán)節(jié)完整流程的數(shù)學(xué)表達(dá)公式，研究多GNSS系統(tǒng)組合區(qū)域增強(qiáng)PPP增益評(píng)估相關(guān)問(wèn)題，基于Linux系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)了相關(guān)功能。重點(diǎn)解決了以下3個(gè)問(wèn)題：首先，為了避免UPD中混合的未被模型化的誤差導(dǎo)致參考站端非差模糊度固定效率低下，設(shè)計(jì)了一種通過(guò)固定單差模糊度并將其作為約束輔助非差模糊度固定的方法。其次，在分別采用單/雙系統(tǒng)和不同模糊度固定ratio值的運(yùn)算條件下，使用多項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)全面分析了組合BDS/GPS區(qū)域增強(qiáng)PPP系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。最后，分析了BDS/GPS組合區(qū)域增強(qiáng)PPP系統(tǒng)在城市峽谷式高遮擋環(huán)境中的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，突出北斗GEO星座的優(yōu)勢(shì)。

(4)研究不同參考站網(wǎng)條件下區(qū)域增強(qiáng)PPP內(nèi)插模型的選取與評(píng)估問(wèn)題。只有給每一類誤差改正數(shù)根據(jù)其物理和時(shí)空變化特性都匹配一個(gè)恰當(dāng)?shù)膬?nèi)插模型，狀態(tài)域參數(shù)化的優(yōu)勢(shì)才能完全體現(xiàn)出來(lái)。比較了6種低階曲面模型和反距離加權(quán)模型內(nèi)插電離層和斜對(duì)流層改正數(shù)的內(nèi)插質(zhì)量。使用一個(gè)大尺度、一個(gè)小尺度和一個(gè)地形起伏劇烈區(qū)域參考站網(wǎng)的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行PPP-AR試驗(yàn)，評(píng)估不同參考站網(wǎng)狀態(tài)對(duì)內(nèi)插模型選取的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明擁有一個(gè)高程因子和三個(gè)平面因子的一階形式低階曲面模型在不同的觀測(cè)環(huán)境下?lián)碛凶詈玫倪m用性。另外，討論了最優(yōu)參考站數(shù)量的選取問(wèn)題。對(duì)于站間距100 km距離的站網(wǎng)，在電離層平穩(wěn)時(shí)期，7或8個(gè)均勻分布的參考站足以提供給流動(dòng)站可靠的區(qū)域增強(qiáng)PPP服務(wù)。

(5)研究顧及大氣延遲改正數(shù)隨機(jī)模型的區(qū)域增強(qiáng)PPP算法問(wèn)題。推導(dǎo)內(nèi)插改正數(shù)隨機(jī)模型的參考站端和流動(dòng)站端算法，試驗(yàn)分析其對(duì)于PPP模糊度固定效率的影響。根據(jù)誤差源將內(nèi)插改正數(shù)的隨機(jī)誤差分為兩部分，一是參考站端估計(jì)改正數(shù)時(shí)附帶的；二是內(nèi)插模型無(wú)法準(zhǔn)確描述流動(dòng)站端大氣延遲造成的系統(tǒng)性差異。流動(dòng)站內(nèi)插大氣延遲改正數(shù)之后，可在流動(dòng)站端利用改正數(shù)隨機(jī)模型估計(jì)殘余誤差。軟件實(shí)現(xiàn)了相關(guān)功能并驗(yàn)證了隨機(jī)模型估計(jì)方法的優(yōu)勢(shì)。