地球空间环境与大地测量教育部重点实验室

北斗三频精密单点定位模型

 

从北斗观测方程出发,详细推导并建立了北斗三频精密单点定位的数学模型,包括函数模型和随机模型;特别是针对三频PPP中出现的一些新的偏差项(如系统间偏差和频率间偏差)进行了较为详细的分析和描述;利用MGEX跟踪站的静态数据和船载实测动态数据进行PPP解算验证了三频PPP模型的准确性和适用性。在组合形式上,PPP可分为无电离层组合模型和非差非组合模型上。对于无电离层组合,三频PPP的组合形式又可分为两种:一种是,三频之间两两组合产生B1/B2B1/B3B2/B3三组双频无电离层组合观测值(IF-PPP1);另一种是,三频之间构造唯一一个噪声最小的无电离层组合观测值B1/B2/B3IF-PPP2)。对于非差非组合模型,则是直接处理B1B2B3三频信号(UC-PPP)。1所示为北斗双频(IF-PPP0)与三频PPPIF-PPP1IF-PPP2UC-PPP)模型比较,包括使用的观测值、组合系数、电离层系数、噪声放大系数和码偏差改正。

1 北斗双频/三频PPP模型比较

Model

Obs.

e1

e2

e3

Ion.

Noise

DCB correction terms

IF-PPP0

B1/B2

2.487

-1.487

0

0

2.90

0

IF-PPP1

B1/B2

2.487

-1.487

0

0

2.90

0

B1/B3

2.944

0

-1.944

0

3.53

IF-PPP2

B1/B2/B3

2.566

-1.229

-0.337

0

2.86

UC-PPP

B1

1

0

0

1

1

B2

0

1

0

1.672

1

B3

0

0

1

1.514

1

1所示为CUT0GMSDJFNG三个测站对应的静态PPP定位误差,包括东西方向(E)、南北方向(N)、高程方程(U)以及点位三维位置精度(3D)。

1 静态PPP定位结果(DOY 047/2014

 

比较GPS和北斗双频PPP发现,两者的平面定位精度基本相当,均能达到几个mm。北斗双频PPP的高程定位精度明显不及GPS,且有2-3cm的系统性偏差。这主要是因为缺乏足够准确的接收机天线相位中心参数。对比北斗双频与三频PPP结果不难发现,各模型之间差异很小,其定位精度在平面方向为1 cm、高程方向2-3 cm

2所示为部分代表性测站上三频动态PPP模型的定位误差时序图。三种三频PPP模型得到的定位结果基本一致,其ENU方向的RMS值分别为2-4 cm2-3 cm8-10 cm。相比于UC-PPP模型,基于无电离层组合的IF-PPP1IF-PPP2模型结果由于在组合形式和观测值噪声方面更为接近,因此,得到定位结果也更为一致。三种模型之间的差异主要体现在初始化过程,收敛之后,差异非常小。

 2 北斗三频PPP模拟动态定位结果(DOY 047/2014

 

在观测环境良好时,三频PPP较双频PPP的贡献并不显著。然而,在一些特定的观测环境下,特别是双频B1B2信号质量和信号强度较差的情形,B3信号的加入可以显著改善PPP的定位精度和可靠性,如图3-4所示。

  3 北斗双频/三频PPP模拟动态定位结果(KARR测站,DOY 150/2015

 

4 北斗双频/三频PPP模拟动态定位结果(JFNG测站,DOY 146/2015

研究成果“Modeling and assessment of triple-frequency BDS precise point positioning”发表在《Journal of Geodesy》上。

 

  

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