应用于LEO-PPP的UPD估计和模糊度固定研究取得进展

近日,中国科学院国家授时中心研究团队对基于低轨卫星导航系统精密单点定位(LEO-PPP)解算时所需的未校准相位延迟(UPD)关键参数进行了估计,并实现了高成功率的LEO导航信号载波整周模糊度固定。

UPD一般是指整周模糊度失去整数特性的小数部分,如果事先确定UPD参数,可以实现模糊度的快速固定,加快LEO-PPP收敛,提高定位效率,实现快速精密定位。

本研究通过模拟160LEO卫星星座,利用仿真的全球126个站的观测数据,对UPD参数进行了估计,并在静态和动态LEO-PPP中均实现了LEO导航信号载波整周模糊度的成功固定。

研究团队利用单LEO星座对其UPD产品及其性能进行分析,超过89%的宽巷和窄巷UPDs的后验残差小于0.15周,超过96%的宽巷和窄巷UPDs的后验残差小于0.25周。

图1. 全球站、欧洲站和美国站宽巷和窄巷UPDs后验残差分布

使用估计的UPD产品对LEO-PPP进行固定解解算,在静态LEO-PPP中,所有模糊度固定率超过63%,相较于浮点解,全球站、欧洲站和美国站固定解的平均收敛时间分别缩短了8%, 6%, 7%;在东、北、天方向上的平均RMSE分别降低了(22%, 20%, 15%), (36%, 34%, 28%), (44%, 31%, 29%);在动态LEO-PPP中,所有模糊度固定率超过40%,相较于浮点解,全球站、欧洲站和美国站固定解的平均收敛时间分别缩短了4%, 19%, 14%;在东、北、天方向上的平均RMSE分别降低了(10%, 10%, 7%), (27%, 22%,11%), (32%, 20%, 10%)。在静态和动态LEO-PPP中,模糊度固定都加快了收敛时间并提高了定位精度。

LEO卫星运行速度快,与地面站的空间几何构型变化迅速,不同观测时刻之间的相关性较低,可以提高定位性能,本研究使用估计的UPD产品实现静态和动态LEO-PPP的模糊度固定,加快了收敛时间,并提高了定位精度。由表1可以看出,与GNSS-PPP固定解相比,LEO-PPP的固定解在收敛时间和定位精度方面具有明显优势,为快速实时精密定位提供了技术支撑。


1 GNSS-PPP与LEO-PPP结果比较

收敛时间/min

定位精度(三维)/cm

GNSS-PPP

15

3

LEO-PPP

1

2



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