分类误差建模的GPS/BDS长距离网络RTK技术

Considered the promotion of the industrialization and development of BDS, many provinces and cities are urgent to update or build the compatible BDS signal CORS system in recent years. However, the inter-station distance is typically restricted to around 30-80 km in the current network RTK implementations. It is very difficult for the network RTK software to process baselines with length of 100-200 km. One of the main reasons is the severe atmospheric transmitting delay presented in the GPS/BDS observations. In addition, due to the effection of multipath error, code bias, orbit error and the deficiency heterogeneous constellation property, it is more complicated for the realization of BDS long baseline network RTK. Therefore, we intend to make a careful research for the seperation between GPS/BDS multipath error and the atmosphere delays. Furthermore, the real-time BDS broadcast ephemeris orbit error modeling method is proposed. Considered the multipath error, troposphere error, code bias,orrbit error, geometry-free and ionosphere-free (GFIF) bias, the long baseline narrow ambiguity determination method is proposed by the combination of multipath mitigated GFIF and parameter estimation algorithms . Especially, the moving station observations’ correction terms are computed from troposphere error and orbit error of CORS baselines. It presents more reliability and accuracy for the extracted troposphere error result from multipath error are mitigated from these baselines. Therefore, a quickly ambiguity resolution and high precision positioning results can be arrived out for moving station baseline process. Project research contributions are beneficial to obtain the cost-effective and high-precision positioning service for the long distance users working in wide-ranging network areas.

近年来，各省市相继更新和建设能兼容我国BDS信号的CORS系统，以促进BDS产业化应用和发展。然而，CORS网的测站间距一般为30-80km，难以增长。其主要原因为：一是长距离GPS/BDS基线观测值均存在严重的大气延迟误差影响；二是由于受到多路径误差、伪距偏差和广播星历轨道误差，以及BDS自身异构星座特点的影响，长距离BDS基线快速解算难度更大。为此，项目拟系统研究GPS/BDS多路径误差和对流层延迟误差分离技术，以及实时BDS广播星历轨道误差建模方法。顾及多路径误差、对流层延迟误差、伪距偏差、轨道误差和无几何距离与无电离层残差组合(GFIF)偏差，提出基于轨道重复性建模的GFIF算法与参数估计相结合方法，实现GPS/BDS长距离基线模糊度快速固定；以分类提取的对流层延迟误差和轨道误差计算流动站高精度误差改正数，辅助流动站数据快速解算。研究成果可为大范围地区长距离用户提供高精度位置服务。

本项目研究了GPS/BDS长距离网络RTK技术所面临的相关技术难题，提出对GPS和BDS基准站数据进行分类误差建模方法，实现了长距离网络RTK高精度位置服务技术。首先，联合卫星精确轨道重复周期和中值滤波降噪方法，在观测值域改正宽巷模糊度偏差，完成GPS/BDS基准站宽巷模糊度快速固定。其次，采用BDS预报精密星历产品以及宽巷模糊度偏差模型，解算前一周期的CORS网独立基线，提取各卫星双差残差，并进一步通过增加两次重心基准方式将双差残差恢复为各测站非差残差；将GPS非差残差和斜路径信号湿延迟投影系数在空间域构建直线拟合模型，该直线的斜率即为测站非差天顶对流层延迟误差；根据该模型和投影系数可进一步反算各卫星信号的实际对流层延迟误差，从而实现了GNSS斜路径对流层延迟误差和无电离层组合多路径误差分离。然后，在实时GNSS基准站数据解算中，以2h时长数据先实现首次初始化，并构建各测站非差天顶对流层延迟误差模型，联合事先建立的多路径误差模型，分别改正GPS和BDS这两类误差。而对于利用广播星历计算的BDS卫星残差，对同时段广播星历计算的BDS卫星残差采用多历元均值取整即可实现该项误差建模。最后，以平均基线长度为213km的长距离CORS网为例，测试上述三类误差分类建模改正后基准站和流动站重新初始化效率以及流动站定位性能。采用本课题误差建模方法，可有效改善基准站残差水平，GPS残差改善幅度达到61.2%以上，BDS残差改善幅度则超过68.5%； 6条独立基线经过分类误差建模改正后，GPS和BDS平均初始化时间为32.9s和33.2s，相对于传统方法的提高幅度分别为57.3%、65.3%，同时BDS系统整体上达到与GPS相当的快速初始化水平。而对三个距离主基准站分别为111km、88km和101km的流动站进行区域误差改正后，平均初始化时间均不超过15s，单样本最大初始化时间也少于半分钟，定位结果精度在平面方向为1cm内，而高程方向则约为2cm，均达到与常规50-60km间距中短距离网络RTK相当水平。综上可以看出，经过项目3年的工作，完成了项目研究内容，实现了项目研究目标。