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LEO增强的GPS、Galileo、BDS-3非差PPP模糊度固定性能分析

方婧 涂锐 王培源 陶琳琳 左航

方婧, 涂锐, 王培源, 陶琳琳, 左航. LEO增强的GPS、Galileo、BDS-3非差PPP模糊度固定性能分析[J]. 全球定位系统, 2023, 48(4): 99-107. doi: 10.12265/j.gnss.2023044
引用本文: 方婧, 涂锐, 王培源, 陶琳琳, 左航. LEO增强的GPS、Galileo、BDS-3非差PPP模糊度固定性能分析[J]. 全球定位系统, 2023, 48(4): 99-107. doi: 10.12265/j.gnss.2023044
FANG Jing, TU Rui, WANG Peiyuan, TAO Linlin, ZUO Hang. Performance analysis of undifferenced PPP ambiguity resolution with LEO enhanced GPS, Galileo, BDS-3[J]. GNSS World of China, 2023, 48(4): 99-107. doi: 10.12265/j.gnss.2023044
Citation: FANG Jing, TU Rui, WANG Peiyuan, TAO Linlin, ZUO Hang. Performance analysis of undifferenced PPP ambiguity resolution with LEO enhanced GPS, Galileo, BDS-3[J]. GNSS World of China, 2023, 48(4): 99-107. doi: 10.12265/j.gnss.2023044

LEO增强的GPS、Galileo、BDS-3非差PPP模糊度固定性能分析

doi: 10.12265/j.gnss.2023044
详细信息
    作者简介:

    方婧:(2000—),女,硕士,研究方向为低轨增强技术

    涂锐:(1985—),男,博士,研究员,研究方向为GNSS精密定位、测速、时间传递、灾害监测等

    王培源:(1997—),女,硕士,研究方向为GNSS/加速度计融合定位

    通信作者:

    涂 锐E-mail: turui@ntsc.ac.cn

  • 中图分类号: P228.4

Performance analysis of undifferenced PPP ambiguity resolution with LEO enhanced GPS, Galileo, BDS-3

  • 摘要: 本文主要研究了GPS、Galileo、北斗三号(BeiDou-3 Global Satellite Navigation System ,BDS-3)的未校准相位延迟(uncalibrated phase delays,UPD)稳定性以及低地球轨道(low earth orbit,LEO)增强的非差精密单点定位(precise point positioning,PPP)模糊度固定. 基于全球分布的126个测站2022年001—007共一周的观测数据进行GPS、Galileo、BDS-3的UPD估计分析. 宽巷 UPD每天作为一组常数估计,窄巷UPD每15 min作为一组常数估计. 结果表明:宽巷UPD在一周之内具有较好的稳定性,平均标准差小于0.05周;窄巷UPD在一天之内具有较好的稳定性,平均标准差小于0.06周. 使用估计的UPD产品进行PPP模糊度固定并对其性能进行分析,GPS、Galileo、BDS-3各系统静态PPP的平均收敛时间分别由20.75 min、23.78 min、30.60 min缩短至10.69 min、18.27 min、24.80 min;平均模糊度固定率分别为90.41%、77.22%、67.21%;东(east,E)、北(north,N)、天顶(up,U)三个方向均方根误差(root mean square error,RMSE)的平均值分别由(1.59 cm、0.91 cm、3.30 cm)、(1.58 cm、0.93 cm、3.24 cm)、(1.61 cm、0.98 cm、3.39 cm)减小至(0.90 cm、0.89 cm、2.98 cm)、(1.33 cm、0.85 cm、2.90 cm)、(1.47 cm、1.18 cm、2.94 cm). 利用仿真的LEO星座观测数据,研究不同LEO卫星数量的增强效果,当LEO可视卫星数量愈多时,增强效果愈加显著,当LEO可视卫星数量为10颗时,GPS、Galileo、BDS-3各系统的静态PPP固定解的平均收敛时间分别由10.69 min、18.27 min、24.80 min 缩短至1.53 min、1.71 min、1.94 min;模糊度固定率分别由90.41%、77.22%、67.51%提高至93.43%、79.99%、72.00%.

     

  • 图  1  GPS、Galileo、BDS-3卫星UPD估计、PPP模糊度固定及LEO增强PPP模糊度固定测站分布图

    图  2  GPS、Galileo、BDS-3部分卫星宽巷UPD时间序列图(2022年年积日001—007)

    图  3  GPS、Galileo、BDS-3部分卫星窄巷UPD时间序列图(2022年年积日001)

    图  4  FAIR测站GPS、Galileo、BDS-3静态PPP浮点解与固定解的坐标偏差时间序列图(2022年年积日001)

    图  5  测试测站GPS、Galileo、BDS-3静态PPP固定解的平均收敛时间和平均历元固定率统计

    图  6  FAIR测站不同LEO可视卫星数量增强GPS、Galileo、BDS-3前后静态PPP固定解坐标偏差时间序列图(2022年年积日001)

    表  1  GPS、Galileo、BDS-3静态PPP浮点解与固定解收敛时间、RMSE及固定解模糊度固定率统计

    定位系统 浮点解收敛时间/min 固定解收敛时间/min 浮点解RMSE/cm 固定解RMSE/cm 固定率/%
    E方向 N方向 U方向 E方向 N方向 U方向
    GPS 20.75 10.69 1.59 0.91 3.30 0.90 0.89 2.98 90.41
    Galileo 23.78 18.27 1.58 0.93 3.24 1.33 0.85 2.90 77.22
    BDS-3 30.60 24.80 1.61 0.98 3.39 1.47 1.18 2.94 67.51
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    表  2  不同LEO可视卫星数量增强GPS、Galileo、BDS-3前后静态PPP固定解平均收敛时间和模糊度固定率统计

    定位系统 LEO可视卫星数:0 LEO可视卫星数:4 LEO可视卫星数:7 LEO可视卫星数:10
    收敛时间/min 固定率/% 收敛时间/min 固定率/% 收敛时间/min 固定率/% 收敛时间/min 固定率/%
    GPS 10.69 90.41 6.72 91.76 4.00 93.01 1.53 93.43
    Galileo 18.27 77.22 8.22 78.50 3.89 79.84 1.71 79.99
    BDS-3 24.80 67.51 5.14 68.24 3.56 71.32 1.94 72.00
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    表  3  不同LEO可视卫星数量增强GPS、Galileo、BDS-3前后静态PPP固定解平均RMSE统计

    定位系统 LEO可视卫星数:0 LEO可视卫星数:4 LEO可视卫星数:7 LEO可视卫星数:10
    RMSE/cm RMSE/cm RMSE/cm RMSE/cm
    E N U E N U E N U E N U
    GPS 0.90 0.89 2.98 0.66 0.62 2.37 0.54 0.53 2.15 0.49 0.47 1.55
    Galileo 1.33 0.85 2.90 1.14 0.75 2.52 1.09 0.68 2.01 0.90 0.64 1.93
    BDS-3 1.47 1.18 2.94 1.32 1.13 2.46 0.98 1.02 2.21 0.89 0.91 1.59
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-03-14
  • 录用日期:  2023-03-14
  • 网络出版日期:  2023-08-22

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