北斗星座与频率间码相位偏差对三频精密单点定位的影响及建模

This project will investigate the key issues of BDS triple-frequency Precise Point Positioning (PPP) considering its triple-frequency signal characteristics and unique constellation design. The main research contents are as follows: 1. Estimation and modelling of BDS code and phase inter-frequency clock biases; 2. BDS triple-frequency undifferenced integer ambiguity fixing algorithms considering inter-satellite-type code and phase biases; 3. BDS triple-frequency IF-PPP modelling and a novel algorithm on estimation of precise satellite clock corrections. The above research work is expected to extend the legacy dual-frequency PPP methods and breakthrough the technical limitations of PPP in a practical sense. Moreover, the theoretical and technical achievements may facilitate much more extensive BDS applications.

本项目立足于BDS特有星座构成及其三频码相位观测值特征，研究BDS三频PPP数据处理面临的关键问题。主要研究内容有：1 BDS卫星码相位频间钟差偏差估计及其模型化；2 顾及BDS星座间码相位偏差影响的三频非差模糊度固定算法； 3 BDS三频IF-PPP数学模型与精密卫星钟差估计新算法。研究成果将进一步扩展传统双频PPP理论与方法，对克服PPP应用中所面临的技术限制具有实际意义，同时为BDS在更多行业领域中应用提供理论参考和技术支撑。

我国的北斗卫星导航系统（BDS）具有GEO、IGSO和MEO三种不同星座类型，且所有星座均提供三频码相位观测值。已有研究表明，目前正在运行的北斗二号系统卫星观测值存在显著的星座与频率间码相位偏差。在此背景下，本项目围绕北斗星座与频率间码相位偏差对三频精密单点定位的影响及建模开展了相关研究，实现了预期研究目标。研究了IGSO/MEO卫星码伪距与相位观测值随机模型精化，并改进了码相位间偏差修正模型；提出了一种基于奇异谱分析的GEO卫星多路径误差趋势项提取方法；利用参考信号GED盲源分离算法削弱了北斗多路径效应对定位精度的不利影响；提出了一种基于滑动窗口EMD的GEO卫星多路径误差建模策略，可适用于实时PPP中多路径误差建模与改正。提出了基于时频偏差函数模型补偿的三频IF-PPP算法，对全球MGEX网13种不同接收机类型北斗GEO/IGSO/MEO卫星观测值进行了码相位间绝对偏差估计，研究发现北斗三类星座卫星均存在分米级至米级的码相位间绝对偏差，且该偏差在较长时间内保持相对稳定。研究实现了BDS码相位间偏差修正的三频非差模糊度固定算法，北斗单系统PPP收敛速度平均提高31.7%，N、E、U分量定位精度平均提高22.9%、37.4%、44.1%。顾及GEO/IGSO卫星码相位间偏差相对稳定的特性，预先建立各参考站接收机码相位间偏差模型，并用于北斗实时精密卫星钟差估计中观测值的修正，显著改善了GEO/IGSO卫星钟差估值的整体精度。研究提出了一种远距离（>1000km）实时IGS跟踪站辅助的多GNSS实时非差精密定位方法，有效解决了实时PPP易受外部卫星钟差产品数据流中断而导致无法提供连续定位服务的问题。研究成果对改善当前基于北斗二号系统的非差精密定位具有实际应用价值，并能为今后BDS-2/BDS-3两代北斗星座合并组网后进行定位、导航、授时数据处理提供科学参考。