面向大范围矿区的BDS非差非组合精密单点定位模型研究

The coal mining will cause surface subsidence in large mining area. So it is a hard work to build the GNSS base-station near the mining area. The precise point positioning technology is able to meet the high-accuracy positioning requirement without base-station. There are considerable gaps between BDS and GPS in the precise products for precise point positioning. This project is aimed to the model of precise point positioning using un-differenced and un-combined BDS data for large mining area. Through theory deduce, weighted PDOP is constructed through satellite type and satellite orbit precision. It can be used in observation evaluation and satellite optimization. The systematic error of light pressure model caused by plane of sun illumination and plane of earth reflection is separated and corresponding compensation model of light pressure error is constructed for GEO satellite. The real-time calculating and real-time prediction algorithms for satellite clock correction are built using the robust square-root information filter based on residual information. The ionosphere delay is refined by iterative inversion method using long- distance RTK networks in large mining area. Based on the refined BDS orbit and clock error products, high-accuracy and high-reliability precise point positioning using un-differenced and un-combined BDS data with ionosphere delay product is realized in large mining area.

在大范围矿区，由于煤炭开采导致地面发生沉陷变形，难以在近区域实现基站建设工作，精密单点定位技术的采用能够有效解决无基站条件下的高精度定位问题。相较于GPS，服务于精密单点定位的BDS精密产品还存在较大差距，基于此，本项目通过精密产品精化，开展面向大范围矿区的BDS非差非组合精密单点定位模型研究。通过理论推演与相关分析，构建卫星类型与定轨精度双加权的PDOP进行数据冗余度动态评价，实现卫星的优选；基于太阳照射和地球反照射对光压模型系统偏差进行深层次分离，构建面向GEO卫星的光压误差补偿算法；采用基于残差的均方根抗差滤波模型实时处理，建立卫星钟差实时解算和实时预报的双线性模型；利用大范围矿区长距离RTK网络的多测站反演算法对电离层延迟进行精化处理。基于精化的BDS轨道、钟差等实时信息，以及面向大范围矿区的高精度电离层延迟改正产品，实现高精度、高可靠性的BDS非差非组合精密单点定位。

本项目通过精密产品精化，开展GNSS非差非组合精密单点定位模型研究。围绕不同卫星系统构建“选星模型”、“精密轨道和实时轨道预报光压模型”、“BDS卫星钟差实时预报均方根抗差滤波模型”和“大气延迟改正约束模型”，取得的主要研究成果如下：. （1）针对可见卫星数增多和逐历元解算量增大，构建一种新的选星模型。同时，采用模糊度继承策略来解决选星算法在PPP中应用时产生的整周模糊度重估计问题。实验结果表明，新的选星模型减少了计算量且定位精度保持在厘米级，在GPS/BDS/GLONASS动态PPP中能够有效降低计算复杂度，保证定位精度的可靠性。. （2）研究了太阳光压模型对轨道确定和预报的影响，采用ECOM 5和ECOM 9参数光压模型对GPS和BDS进行轨道确定和预报分析。结果表明，针对GPS卫星轨道确定和预报，ECOM 9参数较ECOM 5参数模型有10%的提升；而北斗采用两种光压模型精度基本相当。GPS预报6 h的轨道精度优于5cm，而北斗预报6 h的IGSO和MEO卫星轨道精度优于20cm，GEO卫星轨道精度优于3m。. （3）针对观测量之间相关性的问题，改进均方根信息滤波的质量控制模型，论证了抗差均方根信息滤波的抗差因子选取。模拟结果表明，改进方法可以对各种异常值组合进行合理取舍，并准确修复。同时，对81个IGS/MGEX跟踪站数据进行卫星实时钟差滤波解算和质量控制。结果表明，GPS实时卫星钟差精度优于0.2ns，BDS优于0.3ns。. （4）构建三种大气延迟改正约束模型，加快事后非差非组合PPP的收敛。首先对GIM产品采用NENE、BILI、BICU和JUNK四种插值方法进行验证分析，构建TIC1、TIC2和TIC3三种大气延迟约束模型，实验表明：对于事后非差非组合PPP，TIC3收敛速度最快，TIC1对垂直方向加快收敛速度贡献较大，TIC2主要对水平方向贡献较大。. 本项目的研究可为GNSS非差非组合精密单点定位选星模型、光压模型、均方根抗差滤波模型和大气延迟改正约束模型的选择提供有力的理论支撑。项目共发表论文18篇（均标注），其中项目负责人作为第一/通讯作者发表论文8篇。授权发明专利1项，已受理发明专利1项；申请软件著作权2项；培养硕博研究生12名；获得卫星导航定位科技进步奖一等奖等多项奖励。