IGS第三次重处理中的多系统钟差和相位偏差产品综合

来源 :武汉大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:yindanna
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精密单点定位技术是多系统GNSS在广域范围内实现高精度定位的关键技术,其定位精度取决于精密卫星产品(如轨道、钟差等)的精度。单个分析中心的产品由于解算软件和解算数据的限制,容易出现产品异常或缺失的情况,因此国际GNSS服务组织(IGS)自1994年便开始GPS产品综合工作,以提供比单个分析中心产品更加稳定、连续、可靠的综合产品。随着各国卫星导航系统的全面建设与发展,分析中心开始提供多系统精密产品。而IGS卫星轨道、钟差综合策略自2001年修订以来一直没有进一步发展,已无法应对目前的多系统卫星产品综合的需求。除此以外,为了进一步提高精密单点定位的精度,分析中心开始提供卫星相位偏差产品和卫星姿态产品。其中卫星姿态与钟差相互耦合,因此需要在多系统钟差综合软件中进一步考虑卫星姿态的影响。2019年,IGS开始第三次重处理工作,提出多系统钟差和相位偏差产品综合的需求。本文从这一迫切的科学需求出发,深入地研究了顾及姿态改正的多系统精密卫星钟差和相位偏差产品综合方法,并将其应用于IGS第三次重处理的产品综合中。本文首先通过分析精密卫星钟差产品的估计过程,了解了钟差产品的具体构成,并基于此设计了多系统钟差综合策略。除钟差基准、轨道径向误差和初始钟偏差外,本文的综合方法额外考虑卫星姿态以及GNSS系统间偏差对分析中心间钟差一致性的影响。将本文研究的综合方法应用于1995年至2020年IGS第三次重处理的产品综合中发现,综合产品完整率略优于分析中心产品:2020年GPS、GLONASS和Galileo综合产品完整率分别可达98.42%、99.06%和99.90%。随着卫星导航系统的不断发展,综合产品的残差也逐步减小:2020年GPS、Galileo和GLONASS平均综合残差分别为7.6 ps、6.9 ps和40.6 ps。综合产品的定位性能比分析中心产品更加稳定,平均定位精度优于分析中心产品。基于GPS/Galileo/GLONASS三系统综合产品的PPP静态坐标重复精度可达0.21 cm、0.17 cm 和 0.49 cm,动态定位精度为 0.74 cm、0.70 cm 和 1.75 cm。卫星姿态改正可显著提高地影期GPS卫星钟差一致性,其中BLOCKⅡA卫星的综合残差受姿态改正的影响最大,改正姿态后综合残差最大可减小323 ps。与BLOCK ⅡA卫星不同,姿态改正对BLOCKⅡF卫星的钟差综合残差的影响虽然也能达到上百ps,但持续时间却仅有1-2天。BLOCKⅡR卫星受到姿态改正的影响最小,改正姿态前后综合残差的差异基本小于5 ps。使用姿态产品后基于综合产品的静态坐标重复精度提升分别为0.05 cm、0.02 cm和0.03 cm;动态定位精度提升分别为0.29 cm、0.21 cm和0.45 cm。针对第三次重处理中相位偏差产品综合的需求,本文还研究了多系统相位偏差产品综合方法。相位偏差产品被首先转换为宽窄巷UPD产品。然后依次对宽巷UPD产品以及窄巷UPD与相位钟组合成的整数钟产品进行综合。将该综合方法应用于2000年至2020年IGS第三次重处理的相位偏差产品综合中。综合结果显示分析中心间GPS和Galileo宽巷UPD一致性较好,99.61%的GPS宽巷差异和99.99%的Galileo宽巷差异在0.1周内,综合残差的RMS分别为0.018周和0.016周。整数钟综合产品完整率优于分析中心产品,2020年,GPS和Galileo整数钟综合产品的完整率分别为98.52%和99.67%。整数钟综合残差逐年减小:2020年GPS和Galileo整数钟平均综合残差分别为6.2 ps和5.2 ps。基于整数钟综合产品的模糊度固定率比分析中心产品更加稳定,GPS和Galileo宽巷模糊度固定率分别为90.72%和97.53%;窄巷模糊度固定率分别为97.14%和97.28%。基于GPS/Galileo/GLONASS三系统综合产品的静态PPP-AR可以实现0.15 cm、0.17 cm和0.47 cm的坐标重复精度;动态PPP-AR精度为0.65 cm、0.67 cm和1.67 cm。本文还对整数钟产品的日界不连续性进行分析并提出解决方法。受非差整周模糊度的约束,整数钟产品的初始钟偏差差异应为窄巷波长的整数周,可利用该特性对齐相邻两天的整数钟产品消除日界不连续误差。相邻两天Galileo整数钟产品对齐后日界不连续误差减小为7.3 ps;GPS钟差受外推精度的限制,对齐后日界不连续误差仍有64.9 ps。对齐Galileo整数钟产品可提高PPP连续动态定位精度,东北高方向平均精度提升分别为0.25 cm、0.11 cm和0.26cm;47.3%的测站上东方向定位精度提升超过0.1 cm,部分测站上甚至超过0.5 cm。因此,如果能在整数钟产品综合时提前改正钟差产品的日界不连续性将有望提高综合产品的连续动态定位精度。
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