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Helmert方差分量估计在GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合精密单点定位权比确定中的应用

李琴 姚顽强 涂锐

李琴, 姚顽强, 涂锐. Helmert方差分量估计在GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合精密单点定位权比确定中的应用[J]. 全球定位系统, 2022, 47(3): 16-24. doi: 10.12265/j.gnss.2022047
引用本文: 李琴, 姚顽强, 涂锐. Helmert方差分量估计在GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合精密单点定位权比确定中的应用[J]. 全球定位系统, 2022, 47(3): 16-24. doi: 10.12265/j.gnss.2022047
LI Qin, YAO Wanqiang, TU Rui. Application of Helmert variance component estimation in GPS/GLONASS/BDS/Galileo combined precise point positioning weight determination[J]. GNSS World of China, 2022, 47(3): 16-24. doi: 10.12265/j.gnss.2022047
Citation: LI Qin, YAO Wanqiang, TU Rui. Application of Helmert variance component estimation in GPS/GLONASS/BDS/Galileo combined precise point positioning weight determination[J]. GNSS World of China, 2022, 47(3): 16-24. doi: 10.12265/j.gnss.2022047

Helmert方差分量估计在GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合精密单点定位权比确定中的应用

doi: 10.12265/j.gnss.2022047
基金项目: 国家自然科学基金项目(41674034, 41974032)
详细信息
    作者简介:

    李琴:(1997—),女,博士,研究方向为车载/机载低轨导航增强接收机高精度定位算法

    姚顽强:(1966—),男,博士,教授,研究方向为“3S”集成理论研究与应用,以D-In-SAR和DGPS为基础的矿区地表岩层移动观测及数据处理,遥感定量估测理论研究与应用等

    涂锐:(1985—),男,博士,研究员,研究方向为GNSS精密定位,测速,时间传递,灾害监测等

    通讯作者:

    李琴 E-mail: liqin_1997@163.com

  • 中图分类号: P228.4

Application of Helmert variance component estimation in GPS/GLONASS/BDS/Galileo combined precise point positioning weight determination

  • 摘要: 多星座组合定位可以提升导航定位性能,但不同星座观测量组合时需要考虑合适的随机模型. 传统方法是根据经验直接设定各系统的等价权重,但会导致随机模型确定不精确,从而影响组合系统的性能提升. 将Helmert方差分量估计方法应用于GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合精密单点定位(PPP)中,以自适应确定各系统间权比. 采用国际GNSS服务(IGS) MGEX (Multi-GNSS Experiment)观测网的10个测站一周的观测数据进行静态和仿动态试验. 结果表明:采用Helmert方差分量估计定权方法可显著提高GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合 PPP的收敛速度,与等权定权方案比较,静态模式下平均提高52%,仿动态模式下平均提高64%. 因定位精度主要由载波相位观测值精度和误差修正水平决定,在静态和仿动态测试中Helmert方差分量估计方法对定位精度没有明显改善.

     

  • 图  1  IGS站点的地理分布

    图  2  2021年2月14日DAV1测站不同系统的观测卫星个数及Helmert方差分量估计定权方案下GLONASS、BDS、Galileo观测组与GPS观测组之间的权比

    图  3  2021年2月14日DAV1测站Helmert方差分量估计定权方案下GLONASS、BDS、Galileo观测组与GPS观测组之间的权比的分布情况

    图  4  2021年2月14日静态模式下DAV1测站两种定权方案的E、N、U方向定位误差

    图  5  2021年2月14日仿动态模式下DAV1测站两种定权方案的E、N、U方向定位误差

    图  6  2021年2月14日静态模式下DAV1测站两种定权方案的收敛情况

    图  7  2021年2月14日仿动态模式下DAV1测站两种定权方案的收敛情况

    表  1  多星座组合精密单点定位数据处理策略

    项目处理策略
    卫星系统及信号GPS:L1/L2 GLONASS:G1/G2
    BDS:B1/B2b Galileo:El/E5a
    观测值组合类型无电离层组合
    截至高度角/°7
    采样间隔/s30
    卫星轨道、钟差GFZ 精密产品
    对流层干分量Saastmoinen模型+GMF投影函数
    接收机/卫星天线相位中心
    偏差及其变化
    IGS绝对天线模型(igs14.atx)
    其余误差模型改正
    接收机坐标常数(静态),白噪声(动态)
    对流层天顶湿分量随机游走
    接收机钟差白噪声
    模糊度常数、浮点解
    下载: 导出CSV

    表  2  静态模式下所有站点两种定权方案的定位误差和收敛时间对比

    测站定权方案E/mN/mU/m3D/m收敛时间/min
    SOD3等权0.0020.0020.0140.01527.786
    Helmert方差分量估计0.0010.0020.0160.01611.929
    FFMJ等权0.0030.0030.0600.06132.857
    Helmert方差分量估计0.0020.0020.0480.0487.429
    MET3等权0.0020.0030.0200.02134.286
    Helmert方差分量估计0.0030.0030.0250.02513.071
    RGDG等权0.0040.0020.0250.02610.929
    Helmert方差分量估计0.0040.0030.0320.03210.071
    DAV1等权0.0010.0020.0760.07610.357
    Helmert方差分量估计0.0010.0010.0730.0737.143
    UNB3等权0.0030.0010.0070.00916.857
    Helmert方差分量估计0.0040.0020.0040.00719.071
    POL2等权0.0030.0010.0170.01729.286
    Helmert方差分量估计0.0020.0010.0250.0258.286
    YEL2等权0.0090.0070.0370.04014.000
    Helmert方差分量估计0.0040.0050.0310.0325.429
    SUTM等权0.0050.0040.0060.00936.500
    Helmert方差分量估计0.0050.0050.0100.01418.000
    SEYG 等权0.0050.0050.0140.01619.071
    Helmert方差分量估计0.0020.0040.0180.01910.714
    下载: 导出CSV

    表  3  静态仿动态模式下所有站点两种定权方案的定位误差和收敛时间对比

    测站定权方案E/mN/mU/m3D/m收敛时间/min
    SOD3等权0.0240.0310.0540.06928.643
    Helmert方差分量估计0.0210.0180.0470.0558.214
    FFMJ等权0.0260.0180.0720.07936.143
    Helmert方差分量估计0.0200.0160.0610.0664.357
    MET3等权0.0270.0180.0360.04931.643
    Helmert方差分量估计0.0230.0200.0380.04910.071
    RGDG等权0.0180.0180.0520.0589.571
    Helmert方差分量估计0.0210.0200.0540.0615.929
    DAV1等权0.0280.0160.0870.09512.571
    Helmert方差分量估计0.0220.0180.0840.0916.571
    UNB3等权0.0190.0140.0280.03714.714
    Helmert方差分量估计0.0190.0170.0340.0428.000
    POL2等权0.0250.0200.0480.05829.571
    Helmert方差分量估计0.0150.0200.0600.06511.143
    YEL2等权0.0630.0400.1120.13613.214
    Helmert方差分量估计0.0390.0320.0780.0933.286
    SUTM等权0.0370.0300.0750.09030.071
    Helmert方差分量估计0.0310.0250.0740.08516.571
    SEYG 等权0.0340.0150.0450.05913.929
    Helmert方差分量估计0.0210.0140.0430.0506.143
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  • 收稿日期:  2022-03-27
  • 网络出版日期:  2022-06-08

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