GNSS RT-PPP和RTK关键技术及其一体化服务方法研究

舒 宝

长安大学地质工程与测绘学院，陕西 西安 710054

目前基于载波相位的实时动态差分(RTK)和实时精密单点定位(RT-PPP)技术是GNSS实时高精度导航定位应用中最为常见的两种技术。RTK面临的主要问题是随着基线距离的增长大气误差相关性降低。相比RTK，RT-PPP需额外依赖高精度的轨道、钟差、硬件延迟产品，快速PPP的关键是尽可能削弱实时轨道、钟差误差的影响，提高PPP模糊度固定(PPP-AR)的可靠性。另外，随着GNSS基准站网的不断发展，基于区域参考站网的大气产品可以为RTK和RT-PPP用户提供快速精密定位服务，然而目前针对两种用户的服务系统相对独立。此外，在实时高精度应用中还需考虑通信延迟的影响。

针对RT-PPP及RTK快速高精度定位的几个关键问题，论文围绕GNSS中长距离RTK定位，GNSS实时整数钟估计及PPP固定解定位，基于区域参考站网的RT-PPP及RTK一体化服务方法及顾及通信延迟的GNSS精密定位等4个方面的内容开展了研究，主要工作及成果如下：

(1) 研究了影响北斗中长距离RTK定位效果的主要因素，提出一种基于先验对流层约束的中长距离RTK定位解算方法。中长距离RTK定位需估计对流层参数，但是该参数与坐标高程分量强相关容易导致法方程病态问题。将GPT2先验对流层信息作为虚拟观测值可以有效缓解中长距离RTK模型的病态问题，加速对流层和高程方向坐标参数的分离。不同对流层环境下15条基线数据的分析结果表明，对流层约束模型可以有效改善中长距离RTK的定位效果，相比传统RTK模型，单BDS和GPS/BDS组合RTK定位的首次固定时间分别缩短30.9%和33.0%，RTK固定解在高程方向的RMS分别降低了40.0%和19.8%。

(2) 提出使用区域参考站估计区域整数钟的方法提高PPP用户固定解的精度及可靠性。充利用PPP-RTK服务区域范围内的轨道误差一致性，研究了补偿轨道误差的多模区域整数钟的快速估计算法。利用区域参考站覆盖范围及周围的5个流动站使用区域整数钟进行PPP动态定位时，相比CNES的全球产品，GPS/BDS组合PPP固定解的水平和高程方向精度平均提升65%和50%，首次固定时间从18 min缩短至13 min。

(3) 在区域整数钟的基础上，实现了基于区域参考站网非差大气信息的PPP及RTK的一体化服务模式。将平均站间距约100 km的参考站网提取的非差大气信息生成虚拟参考站(VRS)观测值以及PPP增强大气信息用于终端RTK及PPP定位，并通过多次初始化进行验证。结果表明，区域大气改正数可以显著提升终端定位的初始化速度，对于PPP和RTK用户，60.0%和87.7%的时段单历元即可得到固定解。值得注意的是基于VRS模式的RTK定位等价于大气强约束，在大气建模精度较差时定位精度会显著下降，而采用虚拟大气约束的PPP增强模式定位精度几乎不受影响。

(4) 研究了通信延迟下的GPS、GLONASS、BDS、Galileo异步RTK定位性能，重点分析了影响异步RTK定位精度的主要因素。相比同步RTK，异步RTK的精度会随通信延迟的增长而下降，但是不同系统下降幅度差异较大。BDS和Galileo异步RTK的精度要明显优于GPS和GLONASS，主要原因是在同样的通信延迟时间内BDS和Galileo的广播星历误差变化要小于GPS和GLONASS。相比轨道误差，钟差误差对异步RTK的影响更为严重。另外，在电离层活跃时BDS异步RTK具有一定优势，主要原因是BDS 5颗GEO卫星位置几乎保持不变，在同样的通信延迟时间内其电离层延迟变化小。