高精度、低成本单频多模RTK算法研究

The appearance of multi-GNSS, the optimization of satellite signal modulation mode and the improvement of receiver hardware technology provide a good opportunity for the single-frequency multi-GNSS RTK. This proposal presents an improved single-frequency, multi-GNSS RTK scheme: its point of departure is Single-Differenced (SD) between-receiver observation equations from single-frequency multi-GNSS system, which overcomes the problems of too many unknown parameters and low efficiency of data processing with the Un-Differenced (UD) equations, as well as the shortcoming of being not able to model these parameters (such as Inter-System-Biases, ISB), which are already eliminated in the Double-Differenced (DD) equations; its key issue is the construction of the full-rank functional model by rank deficiency elimination; its main feature is the introduction of the “ionosphere-weight model”, which makes full use of the constraints of inter-station ionospheric delays, to meet the needs for the single-frequency RTK application in the short to medium baselines; its advantage is low hardware expense and simple software implementation. The outcomes of this research will provide platform and technical support for high-precision and low-cost location service.

多GNSS的出现、信号调制方式的优化和接收机硬件技术的发展为单频多模RTK提供了良好的机遇。本项目提出一种改进的单频多模RTK算法：其出发点是单频多模站间单差观测方程，既避免了非差方程中未知参数多、数据处理效率低的问题，也克服了双差方程中无法对已消除的参数（如系统间偏差ISB）进行建模或约束的缺陷；其核心技术是通过消秩亏，形成满秩的观测方程；其特色是引入电离层加权模型，通过对站间电离层延迟施加合理的约束，有效满足短、中距离基线的实际应用需求；其优势在于硬件成本较低、软件实现简单。研究成果可为高精度、低成本大众用户位置服务提供平台支持和技术保障。

多GNSS的出现和接收机硬件技术的发展为单频多模RTK提供了良好的机遇。利用差分原理的RTK技术依靠削弱测站间共有误差来提升定位性能，RTK的技术特点使其应用范围被大大限制，并且传统的多系统松组合RTK定位依赖过多的基准卫星，导致卫星较少时无法实现正常定位。.为利用多GNSS定位的优势，实现更优的RTK定位解算策略以解决RTK受应用距离限制的问题，本项目提出一种改进的单频多模RTK算法：从函数模型出发，以单频多模站间单差观测值为基础，通过对多GNSS系统间偏差（ISB）进行建模，评估ISB长/短期稳定性，以实现紧组合RTK，可增强RTK函数模型，提升定位性能；通过建立电离层加权模型，将站间单差电离层作为伪观测值引入函数模型并施加合理的约束，可将RTK定位的应用范围进一步拓宽至中长距离。.本项目的研究成果包括：1. ISB短/长期序列均可保持较好的稳定性：短期ISB序列不随时间变化，其标准差在测距精度内；受观测条件变化影响，长期ISB序列噪声大小发生变化，但其均值不会受到影响；2. 利用短基线数据进行紧组合RTK定位，结果表明：相比于传统松组合RTK，改正了ISB的紧组合RTK可实现更高的定位精度和模糊度固定成功率，随着截止高度角增大，紧组合RTK的提升愈发明显。3. 利用非差/单差电离层观测值探究电离层噪声与卫星高度角、基线长度间的关系，最终建立的电离层随机模型表明：随着卫星高度角增大、基线长度变短，电离层噪声逐渐减小。4. 利用长基线多GNSS数据，分别用传统RTK和电离层加权RTK进行测试，结果表明：传统RTK定位由于受单差电离层延迟的残余影响已无法正常工作，而电离层加权RTK可实现较高的模糊度成功固定率和厘米级定位精度。.本项目研究内容和成果对RTK的定位性能及应用范围都有较为显著的提升，研究成果丰富了多系统定位数据处理策略，可为高精度、低成本大众用户位置服务提供平台支持和技术保障。