王亚锋
【摘 要】精密单点定位集成了单点定位和相对定位技术的优点，多卫星导航系统组合可以保证多种环境下的收星数量，能更好提高定位完好性、可用性、连续性，加强系统可告性。本文以GPS、BDS系统为对象，研究了多系统组合精密单点定位的方法与关键技术，并利用长时间静态观测量进行测试，结果表明方法可以有效提高系统冗余度与稳定性。
【关键词】精密单点定位；卫星导航；多系统组合
中图分类号： P228.4 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）19-0016-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.19.005
Research on multi-system precise single point positioning method
WANG Ya-feng
（The 20th Research Institute of China Electronic Technology Group Corporation， Xi'an， Shaanxi Xi'an 710000， China）
【Abstract】Precise point positioning integrates the technical advantages of point positioning and differential positioning. Multi-satellite navigation system combination can ensure the number of stars collected in a variety of environments， which can better improve positioning integrity， usability， continuity， and admissibility. In this paper， the GPS and BDS systems are used to study the method and key technology of multi system precision single point positioning， and the test is carried out by long time static measurement. The results show that the method can effectively improve the redundancy and stability of the system.
【Key words】Precise point positioning； Navigation satellite system； Multi-system combination
0 前言
过去三十年来，相对定位在精确定位方面一直占据主导地位。相对定位消除或减少了大部分卫星导航系统在空间上相关的观测误差，从而提供高精度的定位解决方案。近年来，精确点定位技术日益受到关注和广泛应用，具有单点定位和差分定位的优势，具有较强应用意义。历经十余年的快速发展，精密单点定位的基本理论与实践问题已经得到较好的解决，目前正在朝工程化应用阶段迈进。由于单系统定位在复杂环境下收星较少，观测量精度不足，难以保证应用需要。随着多种GNSS系统的发展，更多的可见卫星数，更好的观测量可以用于定位，有效解决了单系统应用受限的问题。本文针对多系统精密单点定位，分析了其中的关键问题，研究了技术难点，并利用BDS、GPS的静态数据进行了精密单点定位分析，验证了方法的可行性。
1 精密单点定位方法
精密单点定位需要解决的关键问题包括：（1）穩定的载波相位、伪距观测量；（2）精确的卫星位置、钟差；（3）各类定位误差的精确修正模型。具体流程如图1所示，包括无电离层模型的建立，各类误差修正及未知参数的估计（定位解算）。
1.1 无电离层模型
1.2 精密单点定位的误差及改正方法
精密单点定位采用非差观测量，在数据处理过程中，所有误差项都必须考虑。对于卫星位置、钟差利用精密星历获取；其他大部分误差如天线相位偏差、地球固体潮、海洋负荷、地球自转等，主要通过建立较为精确的模型进行处理；对于难以建立模型进行消除的误差，可作为未知参数进行估计，如天顶对流层湿延迟分量、接收机钟差。
1.3 参数估计方法
使用扩展 Kalman 滤波（EKF）算法实现参数估计流程如图2所示。
2 多系统精密单点定位的技术难点
2.1 数据预处理
观测量数据极易受环境影响，导致失锁、周跳，增大误差，影响定位结果。需要在参数估计之前进行数据预处理，主要包括粗差检测与剔除、接收机钟跳检测与修复、相位周跳检测等。
2.2 钟差参数处理
不同系统产生不同的接收机钟差，需增加钟差参数的估计。
2.3 周跳检测阈值
周跳检测时，应根据卫星轨道类型设置不同的检测阈值。由于GEO电离层较为稳定，需设置更为严格的阈值。
2.4 随机模型
对流层延迟、多路径效应等都随着卫星高度角的增大而减少，针对不同轨道类型设置卫星随机模型，可采用高度角相关的定权策略以减弱伪距多路径、残余大气误差的影响：
σ2=a2+a2/sin2（el）（9）
式中，σ为观测数据标准差，el为卫星高度角，对于相位观测值 GPS， BDS IGSO+MEO 和 BDS GEO的a分别设为0.003，0.003和0.009m；对于伪距观测值，GPS，BDS IGSO+MEO和BDS GEO的a分别设为0.3，0.6和3.0m。
3 静态数据测试
利用接收机采集静态观测量数据，并从IGS数据分析中心获取GPS/BDS精密卫星轨道和卫星钟钟差数据进行GPS、BDS及GPS/BDS组合三种方式下的精密单点定位。定位结果如图3所示。
由图中结果可以看出，GPS/BDS组合精密单点定位性能介与GPS、BDS精密单点定位之间，三种方法收敛速度、定位精度相近。而相比于单系统，GPS、BDS组合定位星数较多，PDOP稳定，有效提高定位稳定性、可靠性。
4 结论
GNSS精密单点定位是GNSS未来发展趋势之一。随着GPS现代化、GLONASS恢复、Galileo和北斗的发展，多系统组合精密单点定位，有利于增加可见卫星，增强几何结构，能够有效提高城市等弱环境和航海等无参考站条件下的可用性和导航定位精度。
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