多频多GNSS非组合PPP模糊度固定模型与方法研究

With the modernization of Global Navigation Satellite System (GNSS), triple- or multi-frequency signals have become available from more and more GNSS satellites. The tradition PPP based on dual-frequency ionospheric-free combination can not properly handle the additional signals, especially the functional and integer ambiguity resolution models. In addition, the research on the uncombined PPP, which was proposed to deal with multi-frequency signals, shows several deficiencies, e.g., limited number, inconsistent model and lack of ambiguity resolution method. For these reasons, we propose a unified multi-frequency uncombined PPP model based on raw observations. In the model, different strategies of inter-frequency bias correction are considered. Then, the phase biases are consistently estimated based on the above model. The products from different models could be transformed and combined. We also design a novel scheme for broadcasting phase biases based on the characteristics of the unified model and phase biases. With the calibration of phase bias at user end, the multi-frequency ambiguities from the uncombined PPP model are successfully fixed. The optimal combinations for ambiguity resolution are also investigated. The outcome of this research would enrich the theory and method of PPP, as well as phase bias estimation. In addition, they can meet the demanding need for high-precision positioning with multi-frequency observations.

在GNSS呈现多频化发展趋势的背景下，传统基于双频消电离层组合的PPP函数模型和模糊度固定方法都不再适用，同时基于非组合PPP模型的多频观测值深度融合研究存在数量匮乏、模型不统一、模糊度固定方法不成熟等问题。为此，本项目以非组合观测方程为基础，将不同频间偏差处理策略纳入到统一的理论框架中，构建多频GNSS非组合PPP统一的函数模型，解决多频观测值深度融合问题；以多频非组合PPP统一模型为桥梁，实现相位偏差的统一估计，解决不同模型产品转换和综合问题，结合非组合模型特点和相位偏差特性，合理设计播发形式和更新频率；实时修正用户端相位偏差，筛选最优模糊度固定组合，实现多频非组合PPP模糊度固定。研究成果将可丰富PPP和相位偏差估计的理论与方法，同时能够满足多频用户高精度定位的需求。

在北斗全球系统正式开通的背景下，为实现高精度快速定位，本项目开展了多频多系统GNSS非组合PPP模糊度固定研究，推导了不同频间偏差处理策略下的模型与表达形式，构建了统一的多频非组合PPP模糊度固定模型，估计了长时间序列的卫星相位偏差产品，评估了多频多系统GNSS PPP模糊度固定的性能，并通过融合多源传感器提升了复杂观测环境下PPP的可用性，项目成果发展了多频GNSS数据处理理论，为多频GNSS PPP非组合模糊度固定研究提供了新方法。主要研究成果如下：.（1）提出了基于历元间差分模型的GPS BLOCK-IIF 卫星IFCB估计方法。实验结果表明，位于同一轨道平面的两颗卫星的IFCB变化明显一致，这可能意味着IFCB的变化与轨道平面有关，同时每颗Block-IIF卫星的IFCB都表现出超过两年的重复特性。在校正IFCB后，GPS三频PPP的北、东、天向精度分别提高了31.3%、17.4%和13.0%。.（2）针对用户端非差非组合PPP模型和IF FCB产品的不一致问题，详细推导了服务端消电离层组合FCB产品(IF FCB)和非差非组合FCB（L1L2 FCB）中的硬件延迟，提出了基于IF FCB的非差非组合PPP模糊度固定方案。采用全球118个IGS-MGEX测站作为服务端，生成了IF FCB和L1L2 FCB两套产品，实验结果表明新方法的性能与传统方法相当，但显著提升了灵活性。.（3）目前多家研究机构提供了各种形式不同策略的PPP-AR产品，能够实现GNSS PPP模糊度固定。为全面评估各种产品的PPP AR性能，使用多个机构的精密产品及自有软件，全面研究了单GPS和GNSS多系统组合的模糊度固定的定位效果。对于使用不同产品的单GPS以及GPS/Galileo组合模糊度固定，定位表现比较接近，但是CODE产品的定位性能略优于其他产品。.（4）复杂观测环境会导致GNSS信号短时中断，如树木、高楼、隧道等，在此情况下PPP会出现频繁初始化的现象，严重影响精密定位可用性，针对此问题，提出一种模糊度固定解的多GNSS PPP与INS紧组合方法，详细推导了基于FCB产品的PPP/INS模糊度固定模型，并加入了IGG3抗差模型以抑制粗差的影响，从理论和实测数据分析了多GNSS PPP模糊度固定和不同精度IMU对于PPP/INS性能的贡献。