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电离层闪烁下的PPP-RTK定位性能评估

王波

王波. 电离层闪烁下的PPP-RTK定位性能评估[J]. 全球定位系统, 2023, 48(1): 37-45. doi: 10.12265/j.gnss.2022142
引用本文: 王波. 电离层闪烁下的PPP-RTK定位性能评估[J]. 全球定位系统, 2023, 48(1): 37-45. doi: 10.12265/j.gnss.2022142
WANG Bo. Evaluation of PPP-RTK under ionospheric scintillation[J]. GNSS World of China, 2023, 48(1): 37-45. doi: 10.12265/j.gnss.2022142
Citation: WANG Bo. Evaluation of PPP-RTK under ionospheric scintillation[J]. GNSS World of China, 2023, 48(1): 37-45. doi: 10.12265/j.gnss.2022142

电离层闪烁下的PPP-RTK定位性能评估

doi: 10.12265/j.gnss.2022142
基金项目: 国家重点研发计划项目(2021YFB2600400)
详细信息
    作者简介:

    王波:(1996-),男,硕士,研究方向为GNSS精密定位

    通信作者:

    王 波E-mail: bowong@whu.edu.cn

  • 中图分类号: P228.4

Evaluation of PPP-RTK under ionospheric scintillation

  • 摘要: 精密单点定位(PPP)-实时动态(RTK)技术借助区域大气改正数可实现快速精密定位, 被认为是未来自动驾驶的首选技术. 然而,PPP-RTK在电离层闪烁环境下难以维持稳定可靠的定位,闪烁已成为PPP-RTK面临的重大挑战之一. 本文阐述了PPP-RTK模型和电离层闪烁特性,并基于香港卫星定位参考站网(SatRef)的实验数据从观测质量、周跳探测、大气产品和终端定位性能四个层面评估了电离层闪烁对PPP-RTK的影响. 结果表明:闪烁会降低观测质量,增大周跳误判的概率;GPS、Galileo、BDS三系统改正数精度分别降低了64.7%、64.0%、247.5%,改正数总数减少了4.5个;PPP-RTK定位误差较平静期增大了11.8倍,固定率下降了55.76%;GPS、Galileo、BDS三系统融合解算可大幅改善定位性能,较单GPS解算定位精度提升了93.06%,固定率提升了51.88%,但仍无法达到平静期的效果.

     

  • 图  1  PPP-RTK快速精密定位模型

    图  2  电离层闪烁发生区域分布图[18-19]

    图  3  SatRef基站分布

    图  4  2021年HKSC站GPS、Galileo、BDS三系统ROTI序列

    图  5  2021年11月30日HKSC站GPS L1、Galileo E1、BDS B1I的SNR和伪距残差

    图  6  2021年11月1日HKSC站GPS L1、Galileo E1、BDS B1I的SNR和伪距残差

    图  7  2021年11月30日和11月1日HKSC站高度角与SNR、伪距残差关系

    图  8  2021年11月30日和11月1日GPS、Galileo、BDS三系统ROT时间序列(不同颜色代表不同PRN号的卫星)

    图  9  2021年11月30日与11月1日发生周跳卫星数序列

    图  10  2021年11月30日和11月1日HKSC站电离层改正数差值序列(不同颜色代表不同PRN号的卫星)

    图  11  2021年HKSC站GPS单系统与GPS、Galileo、BDS三系统双频PPP-RTK定位误差序列

    图  12  2021年11月1日HKSC站四种方案PPP-RTK定位误差序列

    表  1  PPP-RTK系统处理策略

    项目策略
    GNSS系统GPS、Galileo、BDS
    GNSS信号GPS: L1, L2, L5
    Galileo: E1, E5a, E5b, E5, E6
    BDS: B1I, B2I, B3I
    组合模型非差非组合
    数据采样率服务端:5 s 客户端:1 s
    截至高度角
    最小卫星数4
    估计器序贯最小二乘平差
    观测值定权高度角定权
    相位缠绕模型改正
    电离层延迟服务端:逐历元逐卫星进行WN估计
    客户端:精密电离层产品改正
    对流层延迟干分量:Saastamoinen模型+GMF投影函数
    湿分量:服务端用随机游走过程估计;客户端用精密对流层产品改正
    卫星天线PCO/PCVigs14.atx
    接收机天线PCO/PCVigs14.atx
    接收机坐标服务端:固定
    客户端:WN估计
    接收机钟差WN估计,分系统、分频率分别估计ISB和IFB参数
    模糊度部分模糊度固定
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    表  2  2021年11月30日与11月1日发生周跳卫星总数和发生周跳历元总数

    系统发生周跳卫星总数发生周跳历元总数
    11月30日11月1日11月30日11月1日
    GPS1 890373015952 037
    Galileo53823034721304
    BDS1241227102681
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    表  3  2021年11月30日和11月1日HKSC站电离层改正数精度与平均个数

    日期电离层改正数差值/m改正数
    平均个数
    GPSGalileoBDS
    11月30日0.01870.01110.008019.8
    11月1日0.03080.01820.027815.8
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    表  4  2021年HKSC站GPS单系统与GPS、Galileo、BDS三系统双频PPP-RTK定位统计结果

    方案时间RMS/m固定率/%
    ENU
    DF GPS11月30日0.0160.0070.063100
    11月1日0.1590.3910.72644.24
    DF GPS、Galileo、BDS11月30日0.0160.0090.049100
    11月1日0.0200.0280.04796.12
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    表  5  2021年11月1日HKSC站四种方案PPP-RTK定位统计结果

    系统频率RMS/m固定率/%
    ENU
    GPSDF0.1760.3910.72644.24
    TF0.1330.1430.79330.51
    GPS、Galileo、BDSDF0.0200.0280.04796.12
    TF0.0180.0320.06297.64
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  • 收稿日期:  2022-08-16
  • 网络出版日期:  2023-01-31

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