多尺度區域增強PPP-RTK理論與應用

王思遙

中國科學院國家授時中心，陜西 西安 710600

在PPP模糊度固定技術的應用中，使用未校準的相位延遲(UPD)產品進行PPP模糊度固定可以顯著縮短PPP收斂所需的時間并提高定位精度。如果用戶位于一個稠密的參考站網中，利用參考站網生成的大氣延遲改正數可以進一步縮短收斂時間，甚至實現瞬時的模糊度固定，該技術被稱為區域增強PPP。論文著眼于UPD產品估計、模糊度固定、改正數生成與使用、內插模型選取和改正數隨機模型等幾個主題研究區域增強PPP算法的相關問題。

論文主要研究內容如下：

(1)以對比試驗的方式研究不同尺度參考站網對UPD產品估計質量及模糊度固定的影響。選取了3種典型尺度的參考站網，即全球網、廣域網和區域網，分別計算對應的UPD產品，評估其質量指標并進行模糊度固定試驗，分析3種UPD產品的質量差別。試驗中PPP模糊度固定效率的評價指標選取了首次固定所需時間、固定失敗率和固定錯誤率。試驗結果表明，由于受到與時空相關殘余誤差影響，使用較小尺度的參考站網解算的UPD產品具有更高的精度，可以獲得最優的流動站解。

(2)為了進一步縮短獲得固定坐標解所需的收斂時間并獲得更高精度的解，設計了一種改進的適用于PPP模糊度固定的部分模糊度固定策略和與之配套的固定正確性檢核方法。在提出的PAR方法中，按照衛星高度角對模糊度排序，逐一排除低高度角衛星模糊度確定待固定子集。此外，對于靜態固定模式，提出了一種基于連續固定解坐標序列差異性的檢核方法以進一步增強固定解的正確率。

(3)推導多GNSS系統組合區域增強PPP算法中包括大氣延遲改正數生成與使用、基準傳遞和非差、單差模糊度固定等諸多環節完整流程的數學表達公式，研究多GNSS系統組合區域增強PPP增益評估相關問題，基于Linux系統設計軟件實現了相關功能。重點解決了以下3個問題：首先，為了避免UPD中混合的未被模型化的誤差導致參考站端非差模糊度固定效率低下，設計了一種通過固定單差模糊度并將其作為約束輔助非差模糊度固定的方法。其次，在分別采用單/雙系統和不同模糊度固定ratio值的運算條件下，使用多項評估指標全面分析了組合BDS/GPS區域增強PPP系統的性能表現。最后，分析了BDS/GPS組合區域增強PPP系統在城市峽谷式高遮擋環境中的動態實驗統計結果，突出北斗GEO星座的優勢。

(4)研究不同參考站網條件下區域增強PPP內插模型的選取與評估問題。只有給每一類誤差改正數根據其物理和時空變化特性都匹配一個恰當的內插模型，狀態域參數化的優勢才能完全體現出來。比較了6種低階曲面模型和反距離加權模型內插電離層和斜對流層改正數的內插質量。使用一個大尺度、一個小尺度和一個地形起伏劇烈區域參考站網的觀測數據進行PPP-AR試驗，評估不同參考站網狀態對內插模型選取的影響。試驗結果表明擁有一個高程因子和三個平面因子的一階形式低階曲面模型在不同的觀測環境下擁有最好的適用性。另外，討論了最優參考站數量的選取問題。對于站間距100 km距離的站網，在電離層平穩時期，7或8個均勻分布的參考站足以提供給流動站可靠的區域增強PPP服務。

(5)研究顧及大氣延遲改正數隨機模型的區域增強PPP算法問題。推導內插改正數隨機模型的參考站端和流動站端算法，試驗分析其對于PPP模糊度固定效率的影響。根據誤差源將內插改正數的隨機誤差分為兩部分，一是參考站端估計改正數時附帶的；二是內插模型無法準確描述流動站端大氣延遲造成的系統性差異。流動站內插大氣延遲改正數之后，可在流動站端利用改正數隨機模型估計殘余誤差。軟件實現了相關功能并驗證了隨機模型估計方法的優勢。