论文部分内容阅读
全球卫星导航系统能够在全球范围内为用户提供定位、导航和授时服务，是信息化时代重要的空间基础设施。精密单点定位，简称PPP，是卫星定位领域中一种重要的技术手段，只使用单个接收机就能够获取高精度绝对坐标、接收机钟差和大气延迟信息，在科学研究和工程应用领域具有重要价值。随着GPS、GLONASS、BDS等卫星导航系统的不断建设和完善，以及用户对定位精度、实时性、可靠性需求的不断提高，PPP算法也在最近20年内被国内外GNSS数据处理领域的科研人员深入研究，并取得了突破性成果。目前，精密单点定位算法的研究热点主要集中在多系统组合PPP算法、实时PPP算法和PPP模糊度固定算法。其中，多系统组合PPP算法能够显著提高单系统PPP定位精度和可靠性;实时PPP算法能够满足工程测量、地质灾害监测、气象预报、时间同步等领域对实时性的需求;PPP模糊度固定算法能够避免较长收敛时间，在较短观测时间内获得高精度定位结果。
本文主要研究精密单点定位关键算法及其软件实现。首先，论述了GNSS观测方程及误差源几何与物理含义，为后续PPP算法研究奠定理论基础。实现了常规PPP算法，深入研究了多系统组合PPP、实时PPP和PPP模糊度固定等关键算法，在现有理论和算法基础上进行改进、发展和创新。在PPP算法研究基础上，研制相应的数据处理软件，得到与国内外科研软件同等水平的单点定位效果，为后续的算法研究和相关地学应用提供理论算法和软件支持。综上所述，GNSS精密单点定位具有较高的研究和应用价值，本文对精密单点定位关键算法开展了较为深入的研究工作，主要贡献和创新特色如下:
(1)在常规精密单点定位算法基础上进行相关改进，包括增设对流层水平梯度参数、电离层延迟高阶项改正和GLONASS频间偏差建模。这些改进算法能够完善PPP数学模型，并在一定程度上提高PPP定位精度和收敛时间;
(2)研究多系统组合PPP数据融合算法，建立时空统一的多系统组合观测方程，根据系统间偏差参数特性优选白噪声模型。通过大量实验数据，得出当前GPS、GLONASS、BDS单系统及其组合系统的PPP定位精度和收敛时间等相关结论;
(3)基于IGS实时产品和IGGNTrip实时数据流模块，开展实时PPP算法研究，设计一种实时PPP数据处理策略。针对实时PPP应用中信号受遮挡而导致的重新初始化问题，提出一种多系统组合的周跳修复算法，该算法满足实时PPP周跳后的瞬间重新初始化;
(4)在PPP模糊度固定中，参数收敛时间过长，并且未收敛的模糊度会导致模糊度全集无法固定成功。基于卡尔曼滤波PPP模糊度的高时变特性，提出一种非差多系统PPP部分模糊度固定算法，该算法能够提高PPP模糊度固定成功率并缩短首次固定时间。
(5)基于PPP算法研究，实现了一套卫星导航数据处理软件:GNSS Data Processor，简称GDP软件。该软件的核心部分是常规PPP算法、多系统组合PPP算法、实时PPP算法、PPP模糊度固定算法。
本文主要研究精密单点定位关键算法及其软件实现。首先，论述了GNSS观测方程及误差源几何与物理含义，为后续PPP算法研究奠定理论基础。实现了常规PPP算法，深入研究了多系统组合PPP、实时PPP和PPP模糊度固定等关键算法，在现有理论和算法基础上进行改进、发展和创新。在PPP算法研究基础上，研制相应的数据处理软件，得到与国内外科研软件同等水平的单点定位效果，为后续的算法研究和相关地学应用提供理论算法和软件支持。综上所述，GNSS精密单点定位具有较高的研究和应用价值，本文对精密单点定位关键算法开展了较为深入的研究工作，主要贡献和创新特色如下:
(1)在常规精密单点定位算法基础上进行相关改进，包括增设对流层水平梯度参数、电离层延迟高阶项改正和GLONASS频间偏差建模。这些改进算法能够完善PPP数学模型，并在一定程度上提高PPP定位精度和收敛时间;
(2)研究多系统组合PPP数据融合算法，建立时空统一的多系统组合观测方程，根据系统间偏差参数特性优选白噪声模型。通过大量实验数据，得出当前GPS、GLONASS、BDS单系统及其组合系统的PPP定位精度和收敛时间等相关结论;
(3)基于IGS实时产品和IGGNTrip实时数据流模块，开展实时PPP算法研究，设计一种实时PPP数据处理策略。针对实时PPP应用中信号受遮挡而导致的重新初始化问题，提出一种多系统组合的周跳修复算法，该算法满足实时PPP周跳后的瞬间重新初始化;
(4)在PPP模糊度固定中，参数收敛时间过长，并且未收敛的模糊度会导致模糊度全集无法固定成功。基于卡尔曼滤波PPP模糊度的高时变特性，提出一种非差多系统PPP部分模糊度固定算法，该算法能够提高PPP模糊度固定成功率并缩短首次固定时间。
(5)基于PPP算法研究，实现了一套卫星导航数据处理软件:GNSS Data Processor，简称GDP软件。该软件的核心部分是常规PPP算法、多系统组合PPP算法、实时PPP算法、PPP模糊度固定算法。