附有伪距电离层估计的实时精密单点定位方法_贾恒杰.pdf

第 11 卷 第 2 期 导航定位学报 Vol.11，No.2 2023 年 4 月 Journal of Navigation and Positioning Apr.，2023 引文格式：贾恒杰,杨帆,杨英仪,等.附有伪距电离层估计的实时精密单点定位方法J.导航定位学报,2023,11(2):211-217.（JIA Hengjie,YANG Fan,YANG Yingyi,et al.Real-time precise point positioning method with pseudo-range ionospheric estimationJ.Journal of Navigation and Positioning,2023,11(2):211-217.）DOI:10.16547/ki.10-1096.20230225.附有伪距电离层估计的实时精密单点定位方法 贾恒杰，杨 帆，杨英仪，崔 宫（广东电网有限责任公司 韶关供电局，广东 韶关 512000）摘要：针对现有实时精密单点定位（PPP）方法解算精度较低的问题，提出一种附有伪距电离层估计观测值 P1ION 的实时 PPP 方法：将无电离层（IF）组合及伪距电离层估计观测值（P1ION）相结合，并与传统的无电离层组合模型（IF-PPP）和非差非组合模型（UC-PPP）进行对比和分析；然后，通过国际全球卫星导航系统服务组织（IGS）的最终精密产品评估法国空间研究分析中心（CNES）的实时数据流产品（CLK93），包括卫星轨道、钟差改正数和实时电离层产品。实验结果表明，全球定位系统（GPS）和伽利略卫星导航系统（Galileo）轨道和时钟改正精度优于格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）和北斗卫星导航系统（BDS）；相对于 IGS 电离层联合分析中心（IAACs）最终全球电离层产品（GIM），不同分析中心的实时电离层产品垂直总电子含量（VTEC）估计的标准差（STD）和均方根（RMS）分别为 1.92.3 个总电子含量单位（TECU）和 1.9-3.2 TECU；与 IF-PPP 和 UC-PPP 相比，附加实时电离层产品约束的 IF-PPP+P1ION 方法的定位精度在东（E）、北（N）、天（U）方向分别提高了 14.0%、3.7%和 11.2%。关键词：关键词：精密单点定位（PPP）；电离层延迟；伪距电离层观测值；伪距电离层估计 中图分类号：P228 文献标志码：A 文章编号：2095-4999(2023)02-0211-07 Real-time precise point positioning method with pseudo-range ionospheric estimation JIA Hengjie,YANG Fan,YANG Yingyi,CUI Gong（Shaoguan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co.Ltd.,Shaoguan,Guangdong 512000,China）Abstract：Aiming at the problem of low calculation accuracy for current precise point positioning(PPP)methods,the paper proposed a real-time PPP method of combining the conventional ionospheric-free(IF)code and phase with extra code ionospheric-estimated measurement(P1ION):the ionosphere-free(IF)combination and P1ION were integrated,and comparatively analyzed with the traditional ionosphere-free PPP(IF-PPP)and the uncombined PPP(UC-PPP);then the quality of Centre National d Etudes Spatiales(CNES)real-time precise products(CLK93),including orbit,clock corrections and ionospheric products were evaluated by the final products of the International Global Navigation Satellite System Services(IGS).Experimental result showed that the orbit and clock correction accuracy of global positioning system(GPS)and Galileo satellite navigation system(Galileo)would be better than that of global navigation satellite system(GLONASS)and BeiDou navigation satellite system(BDS);and the standard deviation(STD)and root mean square(RMS)evaluated by the real time ionospheric product vertical total electron content(VTEC)of different analysis centers with respect to final global ionosphere map(GIM)products of Ionosphere Associate Analysis Centers(IAACs)could vary from 1.9 to 2.3 total electron content units(TECU)and 1.9 to 3.2 TECU,respectively;meanwhile,compared with IF-PPP and UC-PPP,the RMS of east(E),north(N),and up(U)components of IF-PPP+P1ION with real-time ionospheric constraints would be improved by 14.0%,3.7%and 11.2%,respectively.Keywords:precise point positioning(PPP);ionospheric delay;pseudo-range ionospheric measurement;pseudo-range ionospheric estimation 收稿日期：2022-06-01 基金项目：广东电网有限责任公司科技资助项目（030200KK52180046）。第一作者简介：贾恒杰（1987），男，广东韶关人，硕士研究生，工程师，研究方向为卫星导航在电力领域的应用。212 导航定位学报 2023 年 4 月 0 引言 全球卫星导航系统（global navigation satellite system，GNSS）具有全球、全天候、高精度等优点，已广泛应用于大地测量、精准农业、大众出行等领域。精密单点定位（precise point positioning，PPP）仅需单台接收机和卫星精密轨道和钟差等精密产品，即可在全球范围实现厘米级高精度定位，具有操作方便、机动灵活等优点，逐渐成为 GNSS 研究热点之一1。为满足实时 PPP 用户的应用需求，国际 GNSS 服务组织（International GNSS Services，IGS）实时服务（real-time service，RTS）于 2013 年4 月 1 日正式启动2。IGS RTS 提供对实时 GNSS观测数据和状态空间域（state space representation，SSR）精密产品的实时数据流访问。通过 IGS RTS，用户利用 SSR 产品可以在全球范围内实现实时PPP。IGS RTS 第二阶段规划实时电离层产品垂直总电子含量（vertical total electron content，VTEC）的播发和服务。目前，仅有法国空间研究中心（Centre National dEtudes Spatiales，CNES）播发实时 VTEC 产品。PPP 数据处理模型主要包括无电离层 PPP 组合模型（ionospheric-free PPP，IF-PPP）和非差非PPP 组合模型（uncombined PPP，UC-PPP）。无电离层组合模型可以消除电离层延迟的一阶项，但观测值组合导致多路径和观测噪声被放大约 3 倍，卫星观测信息减半。为了避免无电离层组合模型的不足，Keshin 提出了直接使用原始观测值的非差非组合模型，将电离层延迟作为参数估计3。UC-PPP 相对于 IF-PPP 具有更小的多路径和观测噪声，可以充分利用观测信息4。同时，UC-PPP不仅可以提供高精度的定位服务，还保留了对流层延迟和电离层延迟等大气信息5。但是，由于电离层延迟估计参数的增加，UC-PPP 的初始化时间仍然较长，并导致双倍的内存压力和更高的中央处理器（central processing unit，CPU）占有率。本文提出将无电离层组合及伪距电离层估计观测值（code ionospheric-estimated measurement，P1ION）相结合的实时 PPP 定位方法，通过附加实时电离层延迟约束增加冗余观测并提高新方法的性能。1 PPP 函数模型 对于 PPP，伪距和载波相位的观测方程为6 ()()()()siriisiriiiiPcttTIPcttTIN=+-+|=+-+-+|（1）式中：s、r 和 i 分别表示观测卫星、接收机和观测值的编号；i和iN分别表示第 i 个频率载波的波长和整周模糊度；iP和i分别表示伪距和载波相位观测值；和c分别表示几何距离和光速；rt和st分别表示接收机钟差和卫星钟差；T 和iI分别表示对流层延迟和电离层延迟；()iP和()i 分别表示伪距观测值和载波相位观测值的噪声。无电离层组合模型通过观测值线性组合来消除电离层延迟一阶项的影响，因此无电离层组合模型的观测方程为7 ()()IFIFIFIFIFIF ()()srsrffPPPffffcttTPffffffcttTN=-=-+-+=|-=-+-+|+2212122222121222121222221212 （2）式中：IFP和IF()P分别表示伪距的无电离层组合观测值和噪声；IF和IF()P分别表示载波相位的无电离层组合观测值和噪声；IFN和IF分别表示无电离层组合模糊度及其波长。多系统 GNSS 数据处理时，应考虑与全球定位系统（global positioning system，GPS）系统间偏差（inter-system bias，ISB）。因此，多系统 IF-PPP 的观测方程为8，()()IFIFIFIFIFIF()()ssrGssrGPcttbTPcttbTN=+-+=+-+|（3）式中sGb表示其他系统，包括格洛纳斯全球卫星导航系统（global navigation satellite system，GLONASS）、伽利略全球卫星导航系统（Galileo）、北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system，BDS）和GPS 之间的 ISB。2 IF-PPP+P1ION 模型 式（3）与式（1）相比，多路径和观测噪声都被放大。因此，传统的 IF-PPP 需要约 20