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精密单点定位(Precise Point Positioning,PPP)是二十世纪九十年代末兴起的定位技术,其使用单台GNSS(Global Navigation Satellite System)接收机即可实现全球范围内的高精度绝对定位,已成为高精度定位领域的研究热点。常用的PPP模型一般使用双频载波相位和伪距观测值的线性组合来消除一阶电离层延迟的影响。而相比双频GNSS接收机,单频接收机成本更加低廉且用户群体庞大,如何提升单频PPP的定位性能是一个值得深入研究的课题。此外,GNSS的定位性能与观测环境密切相关,在GNSS信号遮挡或中断的情况下难以提供可用、连续的位置信息,可研究借助惯性导航系统(Inertial Navigation System,INS)的自主性和短时高精度特性进一步提升单频PPP在极端观测环境下的定位性能,并提供更丰富的导航信息。本文针对单频PPP中的多系统GNSS融合、电离层延迟的先验约束以及INS与单频PPP组合等问题展开研究,提出了INS辅助的多系统单频GNSS精密单点定位算法,主要贡献有:1.实现了多系统GNSS融合单频PPP算法。对多系统GNSS融合的相关误差如系统间偏差(Inter System Bias,ISB)和频间偏差(Inter Frequency Bias,IFB)进行了分析,对非差非组合的单频PPP观测方程和状态方程进行了推导,并给出了观测值和状态向量的随机模型。实验结果表明,三系统(GPS+GLONASS+BDS)融合相比单GPS系统,单频PPP的定位精度显著提高。以动态车载实验为例,东、北、天三个方向的定位精度分别提高了69.9%、85.1%和44.6%,收敛后东向和北向位置精度约为10~20 cm,天向精度优于50 cm。2.为加快单频PPP的收敛速度,提出了附加外部电离层约束的单频PPP模型。虚拟电离层观测量(从IGS提供的GIM产品获取)的引入可以提高单频PPP参数解的几何强度,减少滤波解的收敛时间。本文给出常数约束、时空信息约束和渐松弛约束三种方式用以确定虚拟电离层观测值的方差,对比结果表明渐松弛约束是较优的选择。动态车载实验显示,与标准单频PPP相比,在GPS+GLONASS+BDS三系统组合的情况下,收敛速度提升明显,且定位精度显著提高,东、北、天向位置误差的RMS(Root Mean Square)分别减小了87.2%、48.9%和55.6%,收敛后的东向和北向位置精度约为20 cm和30 cm,天向精度优于50cm。3.基于松组合模式实现了INS辅助单频PPP的组合算法。给出了INS的解算算法和误差模型,推导了INS与单频PPP松组合的观测方程、状态方程,并对INS的初始化和杆臂误差改正进行了讨论。动态车载实验表明,松组合模式下,INS辅助单频PPP的位置精度主要由单频PPP决定,INS的加入平滑了位置结果;速度方面,东向和北向速度精度约为5 cm/s和7 cm/s,天向速度精度优于10 cm/s;姿态方面,俯仰角和横滚角的精度在0.1左右,航向角误差约0.5。模拟GNSS信号中断的结果表明,10 s内位置精度可维持在亚米级,东、北、天三个方向的速度误差约0.1 m/s,俯仰角和横滚角误差漂移至0.1~0.2左右,航向角精度优于1。