GNSS多模多频大规模实时高精度定位关键技术研究

徐龙威

航天工程大学航天信息学院，北京 101416

多模GNSS发展及其应用领域的拓展使卫星导航产业迎来巨大发展机遇的同时，也带来了一些亟须解决的问题。各GNSS系统由不同的国家或地区设计、建设和维护，其时空基准、信号频率和编码调制方式都存在差异，多模GNSS组合解算必须顾及系统间和系统内的多种偏差；受大气延迟等误差的影响，中长基线模糊度快速固定困难；大范围参考站网络，大气延迟建模精度低，流动站定位精度差且经常出现无法获取固定解的现象；另外，受限于当前网络RTK系统的服务机制，实时在线用户数量过大易导致服务中断甚至系统崩溃等问题。

针对上述问题，论文分别对GLONASS频间偏差、多模GNSS中长距离参考站模糊度固定和适用于大范围大数量用户在线的网络RTK高精度服务模式3个方面开展了研究工作，内容如下。

(1) 提出了一种GLONASS站间IFCB估计方法。基于2016年全年观测数据，证明了IFCB具有长期稳定的特性；异质基线站间IFCB的量级可达数米，同质基线也存在一定量级的IFCB。利用本文提出的算法，零基线站间IFCB单天解稳定性优于6 cm。受多路径效应的影响，非零基线的站间IFCB稳定性略差，单天解稳定性小于10 cm，而轨道周期单天解稳定性约5～6 cm。

(2) 实现了不受接收机类型限制的GLONASS中长基线实时宽巷模糊度固定。IFCB导致HMW组合无法用于GLONASS宽巷模糊度固定。利用基于历史观测数据计算的站间IFCB改正HMW组合观测值，可以恢复其在宽巷模糊度固定中的整数特性。试验表明，改正后的HMW组合能够用于GLONASS宽巷模糊度固定，固定率比GPS稍差，正确率在98%以上。

(3) 提出了一种多模多频GNSS中长距离参考站实时模糊度分步固定方法，解决大规模基准站网解模型计算压力大的问题。首先,采用大气延迟加权增强的单基线非组合模型优先固定宽巷模糊度。宽巷模糊度固定后，构建电离层延迟参数化的网解模型，充分利用整网观测量，进行窄巷模糊度解算。试验表明，80%的测试能够在10个历元内完成初始化，99%的测试能够在40个历元内完成初始化。三频观测值可以明显加快宽巷和窄巷模糊度固定。

(4) 使用基于网解的反向RTK模型为距离参考站过远的流动站用户提供高精度位置服务。将流动站数据回传到数据中心，在服务端整网解算，避免常规网络RTK技术的大气延迟内插误差，且定位解算可用信息更加丰富。试验表明，基于网解的反向RTK的定位精度和固定率都明显优于VRS，其单GNSS解算也能实现4～5个历元内流动站固定率达到95%以上。利用三频数据，网解反向RTK算法优势更明显。

(5) 将用户回传数据进行反向RTK解算后，作为“流动参考站”参与整个参考站网络的区域误差建模，实现参考站网加密，提高大气延迟内插的精度和可靠性。试验中，流动参考站虽未明显提升大气延迟建模精度，但播发给用户的增强信息中可用卫星数明显增多，定位可靠性提高。

(6) 提出虚拟参考站格网的服务模式。VRS模式的实时在线用户数过多时，数据中心计算压力大。在参考站网络覆盖区域内划分虚拟格网，每个格网点作为一个虚拟参考站，数据中心只需生成格网点处的虚拟观测值。然后基于用户概略坐标，向用户播发相应格网点的虚拟观测值。在同一台设备上分别对两种服务模式进行压力测试试验表明，VRS平台在接入5000个用户时，软件CPU占用率已经高达78%；而虚拟参考站格网技术在接入8000个用户时，软件CPU占用率仅48%。