多尺度区域增强PPP-RTK理论与应用

王思遥

中国科学院国家授时中心，陕西 西安 710600

在PPP模糊度固定技术的应用中，使用未校准的相位延迟(UPD)产品进行PPP模糊度固定可以显著缩短PPP收敛所需的时间并提高定位精度。如果用户位于一个稠密的参考站网中，利用参考站网生成的大气延迟改正数可以进一步缩短收敛时间，甚至实现瞬时的模糊度固定，该技术被称为区域增强PPP。论文着眼于UPD产品估计、模糊度固定、改正数生成与使用、内插模型选取和改正数随机模型等几个主题研究区域增强PPP算法的相关问题。

论文主要研究内容如下：

(1)以对比试验的方式研究不同尺度参考站网对UPD产品估计质量及模糊度固定的影响。选取了3种典型尺度的参考站网，即全球网、广域网和区域网，分别计算对应的UPD产品，评估其质量指标并进行模糊度固定试验，分析3种UPD产品的质量差别。试验中PPP模糊度固定效率的评价指标选取了首次固定所需时间、固定失败率和固定错误率。试验结果表明，由于受到与时空相关残余误差影响，使用较小尺度的参考站网解算的UPD产品具有更高的精度，可以获得最优的流动站解。

(2)为了进一步缩短获得固定坐标解所需的收敛时间并获得更高精度的解，设计了一种改进的适用于PPP模糊度固定的部分模糊度固定策略和与之配套的固定正确性检核方法。在提出的PAR方法中，按照卫星高度角对模糊度排序，逐一排除低高度角卫星模糊度确定待固定子集。此外，对于静态固定模式，提出了一种基于连续固定解坐标序列差异性的检核方法以进一步增强固定解的正确率。

(3)推导多GNSS系统组合区域增强PPP算法中包括大气延迟改正数生成与使用、基准传递和非差、单差模糊度固定等诸多环节完整流程的数学表达公式，研究多GNSS系统组合区域增强PPP增益评估相关问题，基于Linux系统设计软件实现了相关功能。重点解决了以下3个问题：首先，为了避免UPD中混合的未被模型化的误差导致参考站端非差模糊度固定效率低下，设计了一种通过固定单差模糊度并将其作为约束辅助非差模糊度固定的方法。其次，在分别采用单/双系统和不同模糊度固定ratio值的运算条件下，使用多项评估指标全面分析了组合BDS/GPS区域增强PPP系统的性能表现。最后，分析了BDS/GPS组合区域增强PPP系统在城市峡谷式高遮挡环境中的动态实验统计结果，突出北斗GEO星座的优势。

(4)研究不同参考站网条件下区域增强PPP内插模型的选取与评估问题。只有给每一类误差改正数根据其物理和时空变化特性都匹配一个恰当的内插模型，状态域参数化的优势才能完全体现出来。比较了6种低阶曲面模型和反距离加权模型内插电离层和斜对流层改正数的内插质量。使用一个大尺度、一个小尺度和一个地形起伏剧烈区域参考站网的观测数据进行PPP-AR试验，评估不同参考站网状态对内插模型选取的影响。试验结果表明拥有一个高程因子和三个平面因子的一阶形式低阶曲面模型在不同的观测环境下拥有最好的适用性。另外，讨论了最优参考站数量的选取问题。对于站间距100 km距离的站网，在电离层平稳时期，7或8个均匀分布的参考站足以提供给流动站可靠的区域增强PPP服务。

(5)研究顾及大气延迟改正数随机模型的区域增强PPP算法问题。推导内插改正数随机模型的参考站端和流动站端算法，试验分析其对于PPP模糊度固定效率的影响。根据误差源将内插改正数的随机误差分为两部分，一是参考站端估计改正数时附带的；二是内插模型无法准确描述流动站端大气延迟造成的系统性差异。流动站内插大气延迟改正数之后，可在流动站端利用改正数随机模型估计残余误差。软件实现了相关功能并验证了随机模型估计方法的优势。