非组合PPP模型估计基于iGMAS精密产品的GPS/BDS-2/Galileo相位小数偏差| 张勤
Estimation of fractional cycle bias for GPS/ BDS-2/ Galileo based on international GNSS monitoring and assessment system observations using the uncombined PPP model
Jin Wang, Qin Zhang* and Guanwen Huang
Satellite Navigation (2021) 2: 9
引用文章:
Wang, J., Zhang, Q. & Huang, G. W. Estimation of fractional cycle bias for GPS/ BDS-2/ Galileo based on international GNSS monitoring and assessment system observations using the uncombined PPP model. Satell Navig 2, 9 (2021). https://doi.org/10.1186/s43020-021-00039-x.
PDF文件下载链接：
https://satellite-navigation.springeropen.com/articles/10.1186/s43020-021-00039-x
-长按识别二维码查看/下载全文-
Editorial Summary
GNSS: Precise Point Positioning
The Fractional Cycle Bias (FCB) product is crucial for the Ambiguity Resolution (AR) in Precise Point Positioning (PPP). Different from the traditional method using the ionospheric-free ambiguity which is formed by the Wide Lane (WL) and Narrow Lane (NL) combinations, the uncombined PPP model is flexible and effective to generate the FCB products. The authors demonstrated the FCB estimation based on the multi-GNSS precise satellite orbit and clock corrections from the international GNSS Monitoring and Assessment System (iGMAS) observations using the uncombined PPP model. The details of FCB estimation are described with the Global Positioning System (GPS), BeiDou Navigation Satellite System (Regional/ BDS-2) and Galileo Navigation Satellite System (Galileo). For the estimated FCBs, the Root Mean Squares (RMSs) of the posterior residuals are smaller than 0.1 cycles, which indicates a high consistency for the float ambiguities. For GPS/ BDS-2/ Galileo hourly static positioning results, the performance of the PPP AR with the three-system observations is improved by 42.6%, but only 13.1% for kinematic positioning results. Results indicate that precise and reliable positioning can be achieved with the PPP AR of GPS/ BDS-2/ Galileo, supported by multi-GNSS satellite orbit, clock, and FCB products based on iGMAS.
本文亮点
提出了利用非组合模型估计非差非组合模糊度浮点解，实现相位小数偏差估计的算法。非差非组合模糊度经过整数系数变换，重组成不同波长的组合模糊度，同时参与相位偏差的估计。
利用iGMAS分析中心的精密卫星轨道、钟差产品，实现非组合模糊度解算及相位小数偏差的估计。GPS、BDS-2和Galileo的相位小数偏差产品的稳定性和连续性较好，残差精度均小于0.1周，表现出较高的一致性。
利用GPS/ BDS-2/ Galileo相位小数偏差产品，实现了基于iGMAS精密轨道钟差的非组合PPP模糊度固定解。三系统组合PPP模糊度固定解在定位精度和收敛时间方面改善效果显著。
内容简介
非差精密单点定位模糊度固定（Precise point positioning ambiguity resolution, PPP-AR）技术是快速实现厘米级定位的有效手段。而相位小数偏差（Fractionalcycle bias, FCB）的改正是实现PPP-AR的关键问题。在传统PPP模型中，消电离层组合模糊度被分解为具备整数特性的宽巷和窄巷模糊度，分别进行固定。随着PPP模型的发展，基于原始观测数据的非组合定位模型已经成为研究热点。非组合PPP模型直接估计原始模糊度参数，可以灵活的处理多频多系统的观测数据。利用原始模糊度的不同线性组合，重组成宽巷组合和窄巷组合的FCB估计。
本文利用非组合PPP模型以及GPS、Galileo和BDS-2观测数据，研究了基于iGMAS提供的精密卫星轨道钟差产品进行三系统相位小数偏差的估计，评估了组合PPP模糊度固定的精度性能。对于宽巷组合FCB产品，GPS、Galileo、BDS-2的残差精度分别为0.069、0.046和0.085周，窄巷组合FCB的残差精度分别为0.086、0.087和0.106周。利用三系统相位小数偏差产品，测站天解中模糊度固定方案与浮点解方案精度相当。而对于小时解，模糊度固定方案对于东北高程三个方向均有显著的提升。15分钟内，定位精度达到8.41cm，模糊度固定成功率为82.4%。一小时内，固定解精度2.1cm，模糊度固定成功率为97.7%。结果表明了模糊度固定技术在实现短时高精度定位方面的优势，同时提升了定位结果的稳定性和可靠性。目前，基于iGMAS的精密轨道钟差产品，可以向全球用户提供高精度的相位偏差FCB改正，满足用户实现高精度高可靠性的单站固定解需求。
利用重组的宽巷和窄巷模糊度估计相应的FCB结果，并进行精度评估。FCB估计的残差精度能够反映出浮点模糊度值的估计精度和准确度，残差越小说明不同测站之间浮点模糊度的相位小数部分一致性越高。
(a) 两台Trimble Alloy接收机间相位与伪距DISB
(b) Galileo相位小数偏差估计精度
图 1 GPS、Galileo、BDS-2三系统估计WL和NL相位小数偏差的残差精度
II.FCB时间序列分析
GPS、Galileo和BDS-2三系统分别估计的FCB时间序列如下图所示。图中分别展示了(4,-3), (1,-1)组合和每个频率上单独的FCB时间序列。相比于每个频率上单独的FCB，组合FCB的稳定性较高，更有利于参数估计。BDS-2的窄巷FCB时间序列出现较大的波动，其稳定性明显弱于GPS和Galileo系统。
(c) BDS-2 FCB时间序列
图 2 GPS、Galileo、BDS-2三系统FCB时间序列图（不同颜色代表不同卫星）
III.GPS/BDS-2/Galileo PPP-AR静态定位结果分析
利用估计的FCB产品，选择iGMAS/MGEX中的24个测站，实现GPS/Galileo/BDS-2三系统的PPP浮点解和固定解。图3展示了YARR测站3小时的静态定位结果，表明了模糊度固定在单点定位中的显著效果。GPS/Galileo/BDS-2三系统PPP静态定位的固定解与浮点解平均精度比较展示在图4中。在天解定位中，固定解精度与浮点解精度相当，无显著的提升。但是，在精度收敛速度方面，模糊度固定技术作用效果显著。如图5所示，在15分钟时，PPP浮点解和固定解的3D定位精度分别是10.37cm和8.41cm，模糊度固定成功率达到82.4%。最终1小时的定位效果如表1所示。
IV.GPS/BDS-2/Galileo PPP-AR动态定位结果分析
图6展示了YARR测站浮点解与固定解的动态定位精度。在动态定位中，模糊度固定可以获得更加稳定的结果，在定位误差较大时有抑制作用。图7给出了24个测站平均定位精度统计结果，由表2可知，固定解在动态定位中的精度整体提升效果不如静态定位中显著，但对于东方向的改善效果较明显。
作者简介
张勤 教授
长安大学
▍作者简介张勤，女，汉族，1958年出生，北京人，博士，中共党员，国务院特殊津贴专家。现为地质工程与测绘学院测绘科学与工程系教授（二级教授），博士研究生导师，长安大学空间定位与灾害监测研究所所长。陕西省师德先进个人。任中国测绘学会理事、中国卫星导航定位协会常务理事、中国地理信息协会城市空间信息委员会副主任、国家自然科学基金委员会评专家组成员等。主要研究领域为大地测量理论与方法、卫星导航定位、遥感InSAR技术、GNSS遥感、大地测量反演、地质灾害的监测预报等。近些年先后主持承担科研项目80余项，其中国家重点研发计划项目1项、国家重点基础研究发展规划（973）子项目1项、国家自然科学基金重点项目1项、面上项目3项。先后发表论文300余篇，其中SCI论文100余篇；出版专著8部。获国家科学技术二等奖2项，省部科技进步一等奖6项、二等奖1项、三等奖1项、省自然科学优秀论文奖2项、全国测绘类优秀教材二等奖2项、国家专利5项。
撰稿：本文作者
编辑：《卫星导航（英文）》编辑部
审校：王进 博士
关于我们
Satellite Navigation 创办于2020年， 是中国科学院空天信息创新研究院主办的英文学术期刊，主编是杨元喜院士，主要报道卫星导航相关的最新高水平科研成果与综述文章及通讯，在 Springer Nature开放获取（open access）出版。可免费获取全文，欢迎关注和投稿。
Website：http://satellite-navigation.springeropen.com/
E-mail：editorial_office@sana.org.cn/ satellite-navigation@aircas.ac.cn
Tel：86-10-58887063长按二维码关注我们