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精密单点定位模糊度固定与区域增强

发布时间:[2019-07-29] 来源:[学院] 点击量:[1697]

   精密单点定位技术(PPP)是一种经典的采用全球导航定位系统(GNSS)伪距以及载波相位观测值来进行定位的技术。由于其不需要依赖任何参考站,只需精密卫星轨道及钟差产品即可实现厘米级定位,目前被广泛应用在了实时导航服务和地学研究中。然而,受卫星几何构型以及伪距精度的影响,在初始化以及信号中断后,PPP通常需要数十分钟来收敛至可靠的厘米级结果;这一缺陷极大地限制了PPP的应用场景。另一方面,地学研究者也对目前PPP的定位精度提出了更高的要求以期发现更加微弱的地学信号。本课题组自2009年以来一直致力于PPP快速收敛以及高精度定位的研究,研究方向主要分为两个方面:

   1. 精密单点定位模糊度固定(PPP-AR)

  众所周知,GNSS载波相位观测值具有比伪距更高的精度,通常为毫米级,然而,未知模糊度的存在使得载波相位无法直接用于定位解算。如果我们可以获得整周模糊度的具体数值,就可以通过载波相位构建出毫米级的距离观测值,从而瞬间实现优于厘米级的可靠定位。模糊度固定方法(AR)因此成为了PPP收敛时间缓慢的突破口,众多国内外学者对其进行了深入研究。自葛茂荣教授2008年首次提出PPP-AR方法以来,本课题组已经做了大量围绕PPP-AR的具有创新性的工作:我们在2010年论证了目前主流的两种模糊度固定方法——小数偏差法(FCB)以及整数钟法(IRC)的等价性;在2012年我们进一步提出了基于GPS模糊度固网解计算小数偏差的方法,相比经典的基于浮点解计算方法具有更高的精度;提出了一种三频PPP-AR方法进一步提高传统双频方法的收敛效率;在2016年实现了不同种接收机间GLONASS小数偏差的计算;紧接着首次提出了PPP系统间模糊度固定方法并用GPS和BeiDou进行了验证;在2019年我们提出了一种全球无缝的瞬时分米级单点定位方法,主要用于解决自动驾驶等高时效性以及高精度要求的导航应用。我们将继续研究多星座多频率信号背景下PPP快速模糊度固定的方法并拓展其应用。

  2. 区域参考网增强精密单点定位(PPP-RTK)

  通过引入相位偏差产品我们可以实现模糊度的单站固定,然而即使使用目前所有可用的卫星,我们仍需要花费十几分钟的时间来获得正确的模糊度固定解。通过施加区域参考网电离层对流层等约束,PPP最快可以在几秒钟之内实现模糊度的可靠固定,这就是PPP-RTK技术。因此PPP-RTK可以很好的克服传统PPP收敛缓慢的问题,同时又不需要过分依赖参考站,成为了当下GNSS导航领域的研究热点。课题组早在2010年就提出了利用区域参考网电离层延迟改正信息实现PPP-AR快速重收敛的方法,并在之后一年针对实时PPP服务提出了一种PPP-RTK模型。在2017年,我们通过引入精密电离层产品约束实现了GPS和GLONASS模糊度同时固定并将实时PPP的收敛时间缩短至5分钟以内。课题组将继续研究区域增强PPP的理论与方法来满足实时GNSS导航定位的需求。

相关工作

1. Integer ambiguity resolution in precise point positioning: Method comparison. J. Geod (2010)

2. Rapid re-convergences to ambiguity-fixed solutions in precise point positioning. J. Geod (2010)

3. Improving the estimation of fractional-cycle biases for ambiguity resolution in precise point positioning. J. Geod (2012)

4. Triple-frequency GPS precise point positioning with rapid ambiguity resolution. J. Geod (2013)

5. GLONASS fractional-cycle bias estimation across inhomogeneous receivers for PPP ambiguity resolution. J. Geod (2016)

6. Rapid initialization of real-time PPP by resolving undifferenced GPS and GLONASS ambiguities simultaneously. J. Geod (2017)

7. Inter-system PPP ambiguity resolution between GPS and BeiDou for rapid initialization. J. Geod (2018)

8. Toward global instantaneous decimeter-level positioning using tightly coupled multi-constellation and multi-frequency GNSS. J. Geod (2019)

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