GPS实时服务(RTS)产品关键技术及其应用研究

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经过数十年的发展,全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNNSS)定位技术在实时、动态、廉价、低精度的大众定位和高精度、静态、低时效、高成本的测量定位方面逐渐成熟。并逐渐从向实时、动态、廉价的中高精度(分米级至亚米级)大众定位发展。为解决全球范围的中高精度GNSS定位问题,必须采用网络实时服务的形式向全球在线播发精密轨道、精密钟差、电离层延迟和对流层延迟改正数。这种服务称之为GNSS实时服务(real-time service,RTS)。近年来,发展可用于实时定位的实时服务产品已经成为国际GNSS服务(International GNSS Service,IGS)机构的主要工作内容之一。本文讨论了实时服务产品应包含的定位改正信息应包括卫星轨道改正、卫星钟差改正、电离层延迟改正及对流层延迟改正。针对这些问题,进行了如下内容的研究。·提出了针对实时服务产品的评价指标。评价实时服务产品应从可用性和精度两个方面进行讨论。其中,可用性除了包括常用的卫星可用性、历元可用性外,时效性也应做为可用性的一部分。实时服务产品播发的精密轨道和钟差除了应考虑卫星轨道名义精度、卫星钟差名义精度、轨道钟差组合精度外,还应顾及由于时间延迟而导致的精度衰减。本文从以上各项指标评价了9种常用的分析产品的表现及在静态和动态定位的精度。在进行实时定位时,推荐IGS03和CLK90两种服务产品进行卫星轨道和钟差改正。·解决了卫星钟差跳变问题。由于普遍认为卫星钟差产品的公共偏差会被接收机钟差吸收,因此IGS01的钟差产品的融合算法没有针对维持一个时间上稳定基准进行设计。导致IGS01的钟差产品中产生大量频繁地公共跳变,称之为基准跳变。本文发现,在特殊情况下,频繁的基准跳变会影响定位精度。基于存在频繁跳变的IGS01钟差产品,研究了产生跳变的原因。为消除跳变对定位产生的影响,可以从用户端和服务端着手解决。提出了用户端探测和修复跳变的算法,将其用于定位中,有效解决了定位结果跳变的问题;提出了一种新的单历元卫星钟差融合算法,新算法采用连续稳定的虚拟基准作为卫星钟差的基准,解决了单历元融合产品由于基准产品或基准卫星缺失导致的基准跳变问题。·提出了验证两种估计电离层延迟优劣的方法。当前常用的两种估计电离层延迟的方法为非差非组合精密单点定位算法和相位平滑伪距算法。然而,尚无验证两种算法孰优孰劣的评价方法。本文提出了验证二者收敛时间和精度差异的方法。首先对比两种方法长时间收敛以后的偏差,统计结果表明两种方法收敛以后斜路径电子总含量(slant total electron content,STEC)偏差优于0.1电子总含量单位(total electron content,TECU).以收敛以后的STEC为参考,统计分析两种方法的收敛时间和收敛精度。结果表明,两种方法初始收敛精度类似;对于精密单点定位而言(precise point positioning)方法而言,新卫星的收敛时间明显缩短。基于实时数据流和非差非组合定位算法估计的电离层延迟,建立了实时全球电离层模型。结果表明实时电离层的内符合精度优于2TECU,外符合精度约为2-10TECU.·提出了多源异构数据融合算法。基于二阶平稳假设,推导了顾及不同数据源精度的半变异函数拟合方法和权系数确定算法。基于此方法,计算了两种天顶总延迟(zenith total delay,ZTD)GGOS ZTD和IGS ZTD的时间有效性,得出了若提供4cm精度的ZTD产品,IGS ZTD的有效范围超过3000km,而对于GGOS ZTD而言,这一精度的有效距离为500km。基于此方法,提出了实时ZTD融合方法,对实时IGS ZTD数据和预报GGOS ZTD进行融合,生成了全球实时对流层模型,解决的实时对流层产品生成的问题。
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