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基于BDS-3/GPS的RTK/B2b-PPP融合切换定位技术

黄洪, 高旺, 缪巍巍, 滕玲, 董方云, 潘树国

黄洪, 高旺, 缪巍巍, 滕玲, 董方云, 潘树国. 基于BDS-3/GPS的RTK/B2b-PPP融合切换定位技术[J]. 全球定位系统, 2023, 48(4): 57-62. DOI: 10.12265/j.gnss.2023065
引用本文: 黄洪, 高旺, 缪巍巍, 滕玲, 董方云, 潘树国. 基于BDS-3/GPS的RTK/B2b-PPP融合切换定位技术[J]. 全球定位系统, 2023, 48(4): 57-62. DOI: 10.12265/j.gnss.2023065
HUANG Hong, GAO Wang, MIAO Weiwei, TENG Ling, DONG Fangyun, PAN Shuguo. RTK/B2b-PPP fusion switching positioning technology based on BDS-3/GPS[J]. GNSS World of China, 2023, 48(4): 57-62. DOI: 10.12265/j.gnss.2023065
Citation: HUANG Hong, GAO Wang, MIAO Weiwei, TENG Ling, DONG Fangyun, PAN Shuguo. RTK/B2b-PPP fusion switching positioning technology based on BDS-3/GPS[J]. GNSS World of China, 2023, 48(4): 57-62. DOI: 10.12265/j.gnss.2023065

基于BDS-3/GPS的RTK/B2b-PPP融合切换定位技术

基金项目: 国家电网公司总部科技项目(5700-202218439A-2-0-ZN)
详细信息
    作者简介:

    黄洪: (2001—),男,硕士,研究方向为卫星导航高精度定位理论与方法

    高旺: (1989—),男,博士,副教授,研究方向为卫星导航高精度定位理论与方法

    缪巍巍: (1968—),男,硕士,教授级高级工程师,从事电力信息通信、电力物联网技术研究

    通信作者:

    高 旺E-mail: gaow@seu.edu.cn

  • 中图分类号: P228.4

RTK/B2b-PPP fusion switching positioning technology based on BDS-3/GPS

  • 摘要: 针对远海、沙漠等网络实时动态(real-time kinematic, RTK)载波相位差分技术通讯信号容易中断的应用场景,提出了一种基于北斗三号(BeiDou-3 Navigation Satellite System, BDS-3)/GPS双系统的RTK/B2b-PPP融合切换定位技术. 充分利用网络RTK收敛快、定位精度高和B2b-PPP单站定位、覆盖范围广的特点,将网络RTK获取的高精度位置坐标作为先验信息,与B2b-PPP融合以辅助B2b-PPP快速收敛. 通过分时段多组数据的采样分析,结果表明:RTK固定解与B2b-PPP融合定位精度在东(east,E)、北(north,N)、天顶(up,U)方向分别为2.57 cm、0.90 cm、2.83 cm,较独立B2b-PPP定位大幅提高;RTK固定解与B2b-PPP融合1 s后,便可帮助B2b-PPP瞬时收敛,RTK中断后初期精度达到厘米级,0.5 h后逐渐过渡到B2b-PPP独立定位精度水平,表明B2b-PPP可作为网络RTK的有效补充手段,在RTK差分中断后,能够有效维持高精度定位水平.
    Abstract: In order to solve the problem that network real-time kinematic (RTK) communication signals are easy to be interrupted in the remote sea and desert, a switching technology of RTK/B2b-PPP fusion based on BeiDou-3 Navigation Satellite System (BDS-3)/GPS is proposed, which makes full use of the characteristics of fast convergence and high positioning accuracy of network RTK and wide coverage,single station positioning of B2b-PPP. The high-precision position coordinates obtained by network RTK are used as priori information and integrated with B2b-PPP to assist B2b-PPP converge fast. The results show that the positioning accuracy of RTK fixed solution and B2b-PPP fusion is 2.57 cm, 0.90 cm and 2.83 cm in the east (E), north (N) and up (U) directions, respectively, which is much higher than that of independent B2b-PPP positioning. In addition, after the fusion of RTK fixed solution and B2b-PPP for 1 s, it can help the instantaneous convergence of B2b-PPP. After the interruption of RTK, the initial accuracy reaches the level of cm, and gradually transitions to the independent positioning accuracy level of B2b-PPP after 0.5 h, indicating that B2b-PPP can be used as an effective means to supplement the network RTK. Can effectively maintain high precision positioning level.
  • 地基增强系统目前主要应用网络实时动态(real-time kinematic, RTK)载波相位差分技术. 利用北斗地面基准站网采集观测数据,通过数据专线将数据发送到数据处理中心,数据处理中心对观测数据进行处理、加工. 生成广域增强、区域增强、后处理服务产品,通过网络播发给用户、提供分米级、厘米级、后处理毫米级的位置服务[1-2].

    星基增强高精度定位目前主要应用的技术为非差精密单点定位(precise point positioning,PPP). 2020年7月,北斗三号(BeiDou-3 Navigation Satellite System, BDS-3)圆满建成,BDS-3新启用3个导航信号B1C、B2a和B2b,其提供的PPP服务便是以PPP-B2b信号作为数据播发通道,通过BDS-3的三颗地球同步轨道(geosynchronous orbit, GEO)卫星为我国及周边地区播发钟差、差分码偏差(differential code bias,DCB)、轨道等改正数,为用户提供公开、免费的高精度定位服务[3].

    网络RTK具有收敛速度快、定位精度高等优点,但是其提供的位置服务并发用户数量少、依赖于稳定的网络传输、覆盖区域具有局限性,在山区、远海、沙漠等弱通讯信号环境下难以连续使用. 而B2b-PPP技术不依赖于地面通信网络,基本覆盖全球范围且不限制用户终端数量,但其需要约20 min的收敛时间[4],无法提供实时高精度位置服务. 为此,本文提供一种星地融合定位技术,进行RTK/B2b-PPP无缝切换,实现优势互补,达到连续精密定位效果.

    本文依据PPP-B2b信号接口控制文件(ICD)对接收机板卡获取的PPP-B2b原始电文进行识别和解码. 在原GPS/BDS-3双系统非差非组合PPP的基础上,使用PPP-B2b改正数代替精密星历和精密钟差. 同时,将RTK获取的高精度位置坐标作为先验信息,与B2b-PPP融合,并对其融合定位效果与帮助B2b-PPP快速收敛的最小融合时间进行评估. 基本流程如图1所示.

    图  1  RTK/B2b-PPP融合定位基本流程

    基于非差非组合观测值的PPP模型较传统的无电离层组合PPP模型避免了线性组合带来的噪声放大以及参数消除过程中导致的观测信息或者约束信息无法充分利用[5]. 定位模型中,主要采用伪距和载波相位两种观测值,根据GNSS导航定位的几何原理和各类误差观测源. 其观测方程可表示为:

    $$ \begin{aligned}{P}_{r,j}^{{{{\rm{s,Q}}}}}=&{\rho }_{r}^{{{{\rm{s,Q}}}}}+c{{\rm{d}}t}_{r}-c{{\rm{d}}t}^{{{{\rm{s,Q}}}}}+{Td}_{r}^{{{{\rm{s,Q}}}}}+{Mw}_{r}^{{{{\rm{s,Q}}}}}\cdot {Tw}_{r}\\&+{\gamma }_{j}\cdot {I}_{r,1}^{{{{\rm{s,Q}}}}}+{\varepsilon }_{{\rm{others}}} \end{aligned} $$ (1)
    $$\begin{aligned} {L}_{r,j}^{{\rm{s,Q}}}=&{\rho }_{r,j}^{{\rm{s,Q}}}+c{{\rm{d}}t}_{r}-c{{\rm{d}}t}^{{\rm{s,Q}}}+{Td}_{r}^{{\rm{s,Q}}}+{Mw}_{r}^{{\rm{s,Q}}}\cdot {Tw}_{r}\\&-{\gamma }_{j}\cdot {I}_{r,1}^{{\rm{s,Q}}}+{\lambda }_{j}^{{\rm{s,Q}}}\cdot {N}_{j}^{{\rm{s,Q}}}+{\varepsilon }_{{\rm{others}}}\end{aligned} $$ (2)

    式中:$ {L}_{r,j}^{{\rm{s,Q}}} $为载波相位观测值;上标$ {\rm{s}} $$ {\rm{Q}} $表示卫星PRN号和卫星系统(${\rm{Q}} ={\rm{GPS}}, {\rm{BDS}}$);下标$ r $$ j $( j=1,2)分别为接收机和观测值频段;$ \;{\rho }_{r}^{{\rm{s,Q}}} $为卫星和测站的几何距离;$ c $为真空中光速;$ {{\rm{d}}t}_{r} $为接收机钟差;$ {{\rm{d}}t}^{{\rm{s,Q}}} $为卫星钟差;$ {Td}_{r}^{{\rm{s,Q}}} $为对流层干延迟;$ {Mw}_{r}^{{\rm{s,Q}}} $为与卫星高度角相关的湿延迟投影函数;$ {Tw}_{r} $为测站的天顶湿延迟;$ {\gamma }_{j} $为电离层延迟放大因子($ {\gamma }_{j}={({f}_{1}^{{\rm{s,Q}}}/{f}_{j}^{{\rm{s,Q}}})}^{2} $);$ {\lambda }_{j}^{{\rm{s,Q}}} $为载波波长;$ {N}_{j}^{{\rm{s,Q}}} $为载波的整周模糊度;$ {\varepsilon }_{{\rm{others}}} $为其它误差延迟,包括硬件延迟、多路径误差等[6].

    非差非组合PPP模型的状态向量可表示为

    $$ {\boldsymbol{X}}=[x,y,z,{{\rm{d}}t}_{{\rm{GPS}}},{{\rm{d}}t}_{{\rm{BDS}}},{Tw}_{r},{I}_{r,1}^{{\rm{s,Q}}},{N}_{1}^{{\rm{s,Q}}},{N}_{2}^{{\rm{s,Q}}}] $$ (3)

    本文采用双频BDS-3/GPS双系统非差非组合PPP模型,采用的PPP模型信息与具体的误差处理策略如表1所示[7].

    表  1  非差非组合PPP模型信息与误差处理策略
    模型信息/误差项处理策略
    选用频率BDS-3:B1I、B3I;GPS:L1、L2
    卫星钟差PPP-B2b钟差改正数
    卫星轨道误差PPP-B2b轨道改正数
    卫星硬件延迟PPP-B2b DCB改正数
    卫星天线相位中心偏差模型估计
    电离层延迟参数估计+随机游走
    对流层延迟参数估计+随机游走
    地球自转效应模型估计
    相对论效应模型估计
    潮汐影响模型估计
    接收机钟差参数估计+白噪声
    接收机硬件延迟包含在接收机钟差中估计
    整周模糊度参数估计+随机游走
    周跳探测MW+GF
    截止高度角10°
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    BDS-3 PPP-B2b一共定义了63种信息类型[3],目前只播发信息类型1到信息类型4,具体如表2所示.

    表  2  PPP-B2b播发信息类型
    信息类型(十进制) 信息内容
    1 卫星掩码
    2 卫星轨道改正数及用户测距精度指数
    3 码间偏差改正数
    4 卫星钟差改正数
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    信息使用数据版本号(issue of data,IOD)标识,确保不同类型信息与广播星历匹配使用. 版本号包括:

    1) IOD SSR:表示状态空间描述数据的版本号,不同信息类型中的IOD SSR相同时,数据可以匹配使用,一般在系统端配置发生变化时才更新.

    2) IODP:表示卫星掩码的数据版本号. 其在信息类型1、4中播发,用于匹配卫星掩码与钟差改正数.

    3) IODN:表示GNSS下行信号播发的星钟、星历的数据版本号. 在信息类型2中播发,用于匹配广播星历和轨道改正数.

    4)IOD Corr:表示轨道改正数和钟差改正数的版本号,用于匹配钟差和轨道改正数.

    PPP-B2b信号I支路播发的4种信息类型分别具有对应的“标称有效期”(如表3所示),超出“标称有效期”的信息将无法保证改正数的数据质量.

    表  3  信息标称有效期
    信息类型 信息内容 标称有效期/s
    1 卫星掩码 -
    2 卫星轨道改正数及
    用户测距精度指数
    96
    3 码间偏差改正数 86400
    4 卫星钟差改正数 12
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    考虑到改正数据的有效期以及标志位更新的滞后性,本文使用的改正数匹配策略如图2所示.

    图  2  改正数匹配策略

    PPP-B2b信号播发的轨道改正信息包括径向(R)、切向(T)、法向(N)改正分量,当广播星历与改正数的IODN标志位相同时,便可进行修正,具体算法如式(4),式中$ r $$ \dot{{\boldsymbol{r}}} $为广播星历计算的卫星位置与速度;${{\delta}} {\boldsymbol{O}}$为PPP-B2b轨道改正向量;$ {X}_{{\rm{orbit}}} $为修正后的卫星位置.

    $$ \left\{\begin{array}{l}{e}_{{\rm{radial}}}=\displaystyle\frac{r}{\left|r\right|}\\ {e}_{{\rm{cross}}}=\displaystyle\frac{r\times \dot{{\boldsymbol{r}}}}{\left|r\times \dot{{\boldsymbol{r}}}\right|}\\ {e}_{{\rm{along}}}={e}_{{\rm{cross}}}\times {e}_{{\rm{radial}}}\\ \delta X=\left[{e}_{{\rm{radial}}}{e}_{{\rm{along}}}{e}_{{\rm{cross}}}\right]\cdot {{\delta}} {\boldsymbol{O}}\\ {X}_{{\rm{orbit}}}=r-\delta X\end{array}\right. $$ (4)

    由于卫星跟踪模式的不同,各观测值都包含一个与信号跟踪模式相关的偏差. 同步处理各频率各类信号时,需要首先消除该偏差,实现各类信号同步处理. PPP-B2b播发的DCB改正数基于B3I频段,因此本文仅对BDS-3中B1I频段的伪距观测值进行修正如式(5)所示,GPS卫星伪距观测值使用广播星历提供的群延迟(time group delay, TGD)修正.

    $$ {\tilde P}_{\mathrm{B}1\mathrm{I}}={P}_{\mathrm{B}1\mathrm{I}}-{{\rm{DCB}}}_{\mathrm{B}1\mathrm{I}} $$ (5)

    式中:$ {\tilde{P}}_{\mathrm{B}1\mathrm{I}} $为修正后的伪距观测值;$ {P}_{\mathrm{B}1\mathrm{I}} $为原始伪距观测值;${{\rm{DCB}}}_{\mathrm{B}1\mathrm{I}}$为PPP-B2b的DCB改正量.

    PPP-B2b提供的钟差改正参数是基于广播星历的钟差改正数,改正方法为

    $$ {t}_{s}={t}_{b}-\frac{{C}_{0}}{c} $$ (6)

    式中:$ {t}_{b} $为广播星历计算得到的卫星钟差;$ {C}_{0} $为PPP-B2b提供的钟差改正数(单位为m);$ {t}_{s} $为修正后的卫星钟差.

    载波相位RTK差分技术利用观测误差的时间和空间相关性,通过观测值进行差分,消除大部分观测误差,以提高定位精度. 常用的差分方法有站间差分和星间差分.

    1)站间差分(单差)

    设某一历元,流动站$ 1 $和参考站$ 2 $同时跟踪卫星$ i $,将两台接收机的载波相位和伪距观测值分别作差,可得站间单差方程:

    $$\begin{aligned} \Delta {P}_{{1,2}}^{i}=&{P}_{1}^{i}-{P}_{2}^{i}=({\rho }_{1}^{i}-{\rho }_{2}^{i})+c({\rm{d}}{t}_{1}-{\rm{d}}{t}_{2})+\Delta {T}_{{1,2}}^{i}\\&+\Delta {I}_{{1,2}}^{i}+\Delta {\varepsilon }_{{\rm{others}}{1,2}}^{i} \end{aligned} $$ (7)
    $$\begin{aligned} {\Delta L}_{{1,2}}^{i}=&\Delta {\rho }_{{1,2}}^{i}+\Delta c{\rm{d}}{t}_{{1,2}}+\lambda {\Delta N}_{{1,2}}^{i}+\Delta {T}_{{1,2}}^{i}\\&+\Delta {I}_{{1,2}}^{i}+\Delta {\varepsilon }_{{\rm{others}}{1,2}}^{i} \end{aligned}$$ (8)

    经过单差模型的处理,可完全消除卫星钟差,同时削弱卫星星历误差的影响,在短基线情况下,由于大气的相关性较强,电离层和对流层延迟也可基本消除.

    2)站间-星间差分(双差)

    在单差的基础上,再进行卫星间求差称为双差. 站星双差可得伪距和载波方程:

    $$ {\nabla \Delta P}_{{1,2}}^{i,j}=\nabla \Delta {\rho }_{{1,2}}^{i,j}+\nabla \Delta {T}_{{1,2}}^{i,j}+\nabla \Delta {I}_{{1,2}}^{i,j}+\nabla \Delta {\varepsilon }_{{\rm{others}}{1,2}}^{i,j} $$ (9)
    $$ \begin{aligned} \lambda \nabla {\Delta L}_{{1,2}}^{i,j}=&\nabla \Delta {\rho }_{{1,2}}^{i,j}+\lambda \nabla {\Delta N}_{{1,2}}^{i,j}+\nabla \Delta {T}_{{1,2}}^{i,j}+\nabla \Delta {I}_{\mathrm{1,2}}^{i,j}\\&+\nabla \Delta {\varepsilon }_{{\rm{others}}{1,2}}^{i,j} \end{aligned}$$ (10)

    在站间单差的基础上,站星双差又可完全消除接收机钟差[8]. 通过联立求解式(9)和式(10)所示的伪距和载波双差观测方程,在固定载波模糊度后,即可获得高精度的RTK定位解.

    为充分利用网络RTK的收敛时间快、定位精度高以及PPP-B2b的覆盖范围广、单站定位等特点,本文提出了一种RTK/B2b-PPP融合切换技术,当RTK正常工作时,用户使用RTK位置服务,同时通过RTK的位置坐标对B2b-PPP进行约束,帮助B2b-PPP快速收敛. 而当RTK信号中断时,用户使用B2b-PPP位置服务[9]. 总体融合切换系统框如图3所示.

    图  3  RTK/B2b-PPP融合切换系统

    RTK/B2b-PPP融合定位采用RTK解算的位置坐标作为卡尔曼滤波器的观测信息,构造新的观测向量和状态向量

    $$ {{\boldsymbol{L}}}_{r}=\left[{x}_{r},{y}_{r},{z}_{r}\right] $$ (11)
    $$ {{\boldsymbol{X}}}_{r}={\tilde{{\boldsymbol{X}}}}_{{\rm{B2b}}} $$ (12)

    式中:$ {x}_{r},{y}_{r},{z}_{r} $为RTK定位的位置坐标,$ {\tilde{{\boldsymbol{X}}}}_{{\rm{B2b}}} $为B2b-PPP滤波后的状态向量.

    系数矩阵为

    $$ {{\boldsymbol{H}}}_{r}=({{\boldsymbol{E}}}_{3\times 3},{{\bf{0}}}_{3\times (3n+3)}) $$ (13)

    式中:$ {{\boldsymbol{E}}}_{3\times 3} $为三阶单位矩阵;$ {{\bf{0}}}_{3\times (3n+3)} $为零矩阵;$ n $为观测卫星数量.

    RTK定位解的协方差矩阵$ {{\boldsymbol{P}}}_{r} $同时作为B2b-PPP坐标约束的协方差矩阵,观测向量$ {{\boldsymbol{L}}}_{r} $对应的观测噪声矩阵为

    $$ {{\boldsymbol{R}}}_{r}={\rm{diag}}({\sigma }_{rx}^{2},{\sigma }_{ry}^{2},{\sigma }_{rz}^{2}) $$ (14)

    式中,$ {\sigma }_{rx}^{2},{\sigma }_{ry}^{2},{\sigma }_{rz}^{2} $为RTK解算的位置状态参数对应的方差.

    经卡尔曼滤波后,B2b-PPP状态向量中位置坐标、电离层延迟、模糊度等待估参数快速收敛,即使下一历元RTK信号中断,收敛后的电离层延迟,模糊度等参数经历元间传递可帮助B2b-PPP获取高精度的定位结果,以此实现B2b-PPP瞬时收敛.

    本文采用两个CGCS2000坐标系下坐标真值已知的测站观测数据,在统一参考框架下比较定位结果与坐标真值的互差结果,利用式(15)将坐标误差转换到东(east,E)、北(north,N)、天顶(up,U)坐标系下,得到在E、N、U三个方向上的误差分量

    $$ \left[\begin{array}{c}d_{\rm{E}}\\ d_{\rm{N}}\\ d_{\rm{U}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}-{\rm{sin}}\;L& {\rm{cos}}\;L& 0\\ -{\rm{sin}}\,B{\rm{cos}}\;L& -{\rm{sin}}\;B{\rm{sin}}\;L& {\rm{cos}}\;B\\ {\rm{cos}}\;B{\rm{cos}}\;L& {\rm{cos}}\;B{\rm{sin}}\;L& {\rm{sin}}\;B\end{array}\right]\cdot \left[\begin{array}{c}\Delta X\\ \Delta Y\\ \Delta Z\end{array}\right] $$ (15)

    式中:$ \Delta X $$ \Delta Y $$ \Delta Z $为CGCS2000参考系下的误差;B为测站的纬度;L为测站的经度;dEdNdU为东北天参考系下的误差分量.

    采用均方根误差(root mean square error, RMSE)作为定位偏差的统计指标,误差计算公式为

    $$ {x}_{{\rm{RMSE}}}=\sqrt{\frac{\displaystyle \sum\nolimits_{i=1}^{n}{x}_{i}^{2}}{n}}=\sqrt{\frac{{x}_{1}^{2}+{x}_{2}^{2}+\cdots {x}_{n}^{2}}{n}} $$ (16)

    式中:$ {x}_{i} $为第$ i $个历元的坐标误差分量;$ {x}_{{\rm{RMSE}}} $为各方向上的RMSE[10]

    对于B2b-PPP收敛时间的评估,本文采用判定策略为水平定位精度优于0.3 m,垂直定位精度优于0.6 m,且持续5 min[4].

    本文通过事后数据解算对网络RTK与B2b-PPP融合切换算法进行验证. 采用2023年年积日061天高精度接收机板卡获取的PPP-B2b改正数据,使用一组超短基线测站观测数据(基线长度约10 m,历元间隔为1 s)以常规RTK模拟网络RTK,通过人为中断RTK解算模拟网络RTK信号中断. 采用北斗官网提供的CNAV1导航电文数据[11]和LNAV导航电文数据. 其中PPP-B2b播发的掩码和轨道改正信息间隔为48 s,钟差改正信息间隔为6 s;LNAV导航电文数据历元间隔为2 h;B1C播发的星历参数历元间隔为1 h;B2b-PPP处理策略见表1,RTK采用传统双差模型,使用频点、截止高度角同B2b-PPP,模糊度固定Ratio阈值为2.

    随着多星座多频GNSS技术的发展,目前网络RTK通常可快速获得固定解. 为验证RTK约束B2b-PPP后,B2b-PPP是否可获得高精度定位结果,本文对RTK与B2b-PPP融合定位精度进行评估. 图4为2023年年积日061天04:00—09:00(UTC时间)连续5 h RTK固定解与B2b-PPP融合定位效果. B2b-PPP在E、N、U三个方向上的定位误差分别为13.62 cm、14.63 cm、20.40 cm,收敛时间为23 min 15 s;RTK单历元便可固定,RTK固定解在E、N、U三个方向上的定位误差分别为2.57 cm、0.90 cm、2.83 cm;RTK/B2b-PPP融合定位在E、N、U方向上的误差分别为2.57 cm、0.90 cm、2.83 cm. 由此可见RTK/B2b-PPP融合定位较独立B2b-PPP定位精度分别提高81.1%、93.8%、86.1%,同RTK固定解精度相当,在E、N、U方向可达厘米级甚至毫米级精度.

    图  4  RTK固定解/B2b-PPP融合动态定位

    为验证RTK约束B2b-PPP后中断,B2b-PPP定位结果是否会发散的问题. 本文将RTK固定解与B2b-PPP融合n s后断开,由B2b-PPP独立定位,评估B2b-PPP定位精度;同时对定位精度和帮助B2b-PPP快速收敛的最小约束时间$ {n}_{{\rm{min}}} $统计分析.

    图5为连续5 h RTK固定解与B2b-PPP融合1 s后切换定位效果. 其中,RTK/B2b-PPP融合1 s切换定位在E、N、U方向上的定位误差分别为2.93 cm、2.55 cm、13.41 cm. 较独立B2b-PPP定位精度分别提高78.5%、82.6%、34.3%. 此外,在RTK固定解约束B2b-PPP 1s后,B2b-PPP便可收敛,并在约30 min逐渐过渡到独立定位精度.

    图  5  RTK固定解与B2b-PPP融合1 s切换动态定位

    当约束时间足够长时,RTK固定解可帮助B2b-PPP快速收敛,为研究其最小约束时间nmin,本文将2023年年积日为061天的24 h观测数据分时段计算nmin,2 h为一个时段,数据采样间隔为1 s. 12次实验结果表明,RTK固定解约束B2b-PPP 1 s后,便可帮助其瞬时收敛.

    本文通过理论阐述与实验论证,探究了BDS-3/GPS双系统B2b-PPP与RTK融合切换技术. 对2023年年积日为061天观测数据进行分析,其中B2b-PPP在E、N、U三个方向上的定位误差分别为13.62 cm、14.63 cm、20.40 cm,收敛时间为23 min 15 s;RTK固定解/B2b-PPP融合定位在E、N、U方向上的误差分别为2.57 cm、0.90 cm、2.83 cm,精度大幅提高,与RTK固定解精度相当. 此外,当RTK固定解与B2b-PPP融合1 s后,B2b-PPP便可瞬时收敛. 此时,即使RTK信号中断,用户也可使用B2b-PPP提供的高精度位置服务. 本研究为事后数据模拟解算,为后面实时RTK/B2b-PPP切换技术提供参考.

  • 图  1   RTK/B2b-PPP融合定位基本流程

    图  2   改正数匹配策略

    图  3   RTK/B2b-PPP融合切换系统

    图  4   RTK固定解/B2b-PPP融合动态定位

    图  5   RTK固定解与B2b-PPP融合1 s切换动态定位

    表  1   非差非组合PPP模型信息与误差处理策略

    模型信息/误差项处理策略
    选用频率BDS-3:B1I、B3I;GPS:L1、L2
    卫星钟差PPP-B2b钟差改正数
    卫星轨道误差PPP-B2b轨道改正数
    卫星硬件延迟PPP-B2b DCB改正数
    卫星天线相位中心偏差模型估计
    电离层延迟参数估计+随机游走
    对流层延迟参数估计+随机游走
    地球自转效应模型估计
    相对论效应模型估计
    潮汐影响模型估计
    接收机钟差参数估计+白噪声
    接收机硬件延迟包含在接收机钟差中估计
    整周模糊度参数估计+随机游走
    周跳探测MW+GF
    截止高度角10°
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    表  2   PPP-B2b播发信息类型

    信息类型(十进制) 信息内容
    1 卫星掩码
    2 卫星轨道改正数及用户测距精度指数
    3 码间偏差改正数
    4 卫星钟差改正数
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    表  3   信息标称有效期

    信息类型 信息内容 标称有效期/s
    1 卫星掩码 -
    2 卫星轨道改正数及
    用户测距精度指数
    96
    3 码间偏差改正数 86400
    4 卫星钟差改正数 12
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-03-27
  • 网络出版日期:  2023-08-28
  • 刊出日期:  2023-09-14

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