关键词：
全球卫星导航系统
北斗卫星导航系统
系统间偏差
差分码偏差
差分相位偏差
精密单点定位
RTK
单差模型
非差非组合模型
随机模型
消秩亏理论
时间传递
模糊度固定
摘要：
高精度定位和时间传递是 GNSS(Global Navigation Satellite System)PNT(Positioning,Navigation and Timing)的重要组成部分,也是多项国家重大基础设施稳定运行的必要条件。随着BDS和Galileo的全面建成、GPS和GLONASS的现代化以及QZSS和NavIC的发展,多模共存的局面已经形成。多模场景下,高精度定位和时间传递的算法精化已成为当前GNSS领域的研究热点。为此,本文以消秩亏理论和整数估计理论为基础,针对单差模型系统间偏差(Inter-System Bias,ISB)估计、GNSS接收机偏差短时变化、电离层加权模型和非差非组合GNSS时间传递等四个方面的理论和技术难题展开研究。主要工作及创新点如下:1.提出了一种基于单差RTK模型估计ISB的方法,实现了重叠频率和非重叠频率ISB的联合估计针对传统双差模型难以实现多频多模场景下最优融合的问题,本文开展了如下研究:首先,基于S-basis理论,明确了单差模型中的秩亏类型,严密推导了满秩的单差函数模型,并且给出了单差模型下ISB的可估形式,实现了重叠频率和非重叠频率ISB的联合估计;其次,在单差模型的基础上,探究了 ISB的特性及其影响因素,明确了不同类型ISB的处理策略;最后,将上述模型估计的ISB用于高精度RTK定位中,从应用的角度验证了单差模型在ISB估计和应用上的优势。2.系统地研究了 GNSS接收机偏差的短期时变特性及其影响规律,建立了GNSS接收机偏差的修正模型,显著地提高了定位精度针对GNSS接收机偏差时不变假设影响高精度GNSS应用的问题,本文在单差模型的基础上开展了如下研究:首先,发现了接收机DCB(Differential Code Bias)和DPB(Differential Phase Bias)的短期时变特性并明确了偏差变化与接收机类型和温度之间的关系;其次,发现了非重叠频率ISB与温度变化存在明显的相关性而重叠频率ISB则不随温度变化;最后,将GNSS接收机偏差与温度建立函数关系,验证了考虑接收机偏差短时变化对高精度RTK定位的增益。3.构建了适用于站间单差电离层伪观测值的随机模型,显著地提升了中基线精密定位性能针对电离层加权模型中电离层伪观测值随机模型不合理的问题,本文开展了如下研究:首先,基于电离层固定模型和最小二乘方差协方差分量估计,构建了合理的GNSS观测值随机模型;其次,在合理的GNSS观测值随机模型的基础上,利用电离层浮点模型提取电离层延迟,再次利用最小二乘方差协方差分量估计构建电离层伪观测值随机模型;最后,将构建的GNSS观测值随机模型和电离层伪观测值随机模型应用于中基线精密定位,显著提升了中基线场景下的模糊度固定成功率和定位精度。4.提出了模糊度固定解的非差非组合GNSS时间传递方法,揭示了模糊度固定和卫星钟差产品对时间传递的影响,实现了皮秒量级的时间传递针对GNSS时间传递中消电离层组合PPP(Precise Point Positioning)的不灵活性和难以实现模糊度固定的问题,本文开展了如下研究:首先,从非差非组合观测值出发,利用外部的精密卫星轨道和钟差产品构建了引入精密卫星钟差的SCF(Satellite Clocks Fixed)模型;此外,考虑到精密卫星钟差对时间传递的影响,利用广播星历构建了估计卫星钟差的SCE(Satellite Clocks Estimated)模型;在此基础上,阐释了模糊度固定和精密卫星钟差产品对时间传递性能的影响;最后,在上述模型的基础上,探究了 GNSS时间传递的潜力,证明了GNSS有实现皮秒量级时间传递的能力。
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