附加电离层信息的多GNSS融合PPP快速收敛与解算方法

Although great progresses have been made for the precise point positioning (PPP) technology in the past approximate twenty years, it requires about half an hour to reach cm-level positioning accuracy, which seriously restricts its further applications. Multi-GNSS combination has become a development trend due to its advantages in positioning accuracy, reliability and availability. This project proposes to utilize the external ionospheric information to speed up the PPP convergence. The theoretic model and method of rapid convergence for multi-GNSS PPP is established. Specifically, the approach of obtaining precise ionospheric information at reference stations based on un-differenced positioning technique is investigated. The regional TEC (Total Electron Content) spatial regression model based on least square collocation is then established to provide precise ionospheric TEC information for users’ stations. The multi-GNSS PPP model with inclusion of external ionospheric information is studied to improve the convergence speed of position solutions. In order to implement the rapid resolution, an optimal satellite selection algorithm based on controllable PDOP is developed to overcome the issue of heavy computation burden caused by the largely increased amount of satellites in multi-GNSS PPP processing. The project team members have good research foundation and great potential to achieve innovative research results, which will lay an important theoretical and applied foundation for expanding PPP applications.

精密单点定位(PPP)技术经过近二十年的发展已经取得了很大进展，但PPP位置解仍然需要约半个小时的收敛时间才能获得厘米级的定位精度，严重限制了该技术进一步的推广应用。GNSS多系统组合由于其在定位精度、可靠性、可用性上的优势，已成为GNSS技术的一种发展趋势。本项目提出引入外部电离层信息的思路，建立多模GNSS融合PPP快速收敛的理论模型和方法。具体地，研究基于非差定位技术的参考站电离层信息精确提取方法，构建电离层总电子含量的最小二乘配置空间回归模型，为用户站提供精确的电离层信息；研究融入外部电离层信息的多模PPP模型，提升位置解的收敛速度；研究位置精度因子可控的卫星优选算法，克服多模PPP中卫星数量大幅增加带来计算负担过大的问题，实现多模PPP快速解算。项目组已有很好的前期研究基础，有望获得创新性成果，为PPP技术推广应用奠定重要的理论和应用基础。

精密单点定位(PPP)技术需要较长的收敛时间才能获得厘米级的定位精度，加快精密单点定位收敛对于推动该技术朝着实用化方向发展具有重要意义。本项目通过引入外部电离层信息来提高PPP收敛速度。在项目执行的一年时间里，围绕这一思路开展了大量而深入的研究工作。主要研究了绝对电离层信息的精确提取；构建了区域电离层总电子含量（TEC）的最小二乘配置模型，通过建立精确的区域电离层模型，保证了用于PPP定位的外部电离层信息的准确性和精确性；建立了融入外部电离层信息的GNSS多星座PPP定位模型。本项目提出将电离层信息作为伪观测值并采用随时间变权的随机模型策略，解决了如何有效地将外部电离层信息融入到PPP模型中的问题。实例结果表明，引入外部电离层信息并融合GNSS多星座数据可以显著加快单频PPP收敛。尽管多星座融合可以提高定位性能，但同时成倍的增加了卫星观测数据，从而显著增加了计算负担。对于某些应用例如在移动终端上开展实时动态PPP应用，解算效率太低会对应用的实时性带来影响。本项目提出了一种基于选星模板的多卫星导航系统选星方法，在保证定位性能的前提下通过优选卫星来提高计算效率。通过本项目的开展，为GNSS多星座融合PPP技术的推广应用奠定了理论和应用基础。在本项目资助的一年时间里，发表了学术论文4篇，其中SCI期刊论文2篇，科学出版社出版了专著1部，申请和授权了发明专利各1项，培养了研究生4名，完成了计划任务书中设定的研究目标。.