基于BDS/GNSS多模三频非组合精密单点定位的实时电离层VTEC建模模型及算法研究

In recent years，the Global Navigation Satellite System (GNSS), which is represented by GPS, GLONASS, BDS and GALILEO, has been experiencing continuous modernization and rapid construction and development. Joint processing with multi-GNSS and multi-frequency data has become the future trend and will further improve the precision, reliability and availability of positioning and navigation services. Under this background, and combined with the increasing application demand for real-time high-precision positioning, navigation, timing and remote sensing the earth’s atmosphere in GNSS community, this project is aiming to carry out studies on the models and algorithms of raw observation based real-time multi-GNSS triple-frequency Precise Point Positioning (PPP) and its ionospheric applications, including: (1) construct a full-rank, flexible and backward compatible function model for raw observation based multi-GNSS (quad-system) and multi-frequency (triple or more) PPP; (2) study robust and stream-based algorithms for real-time filtering for multi-GNSS triple-frequency PPP and design an efficient solution for real-time multi-station processing; (3) with the real-time high-precision slant ionospheric delays retrieved from raw observation based multi-GNSS triple-frequency PPP, study the algorithms for real-time ionospheric VTEC modeling. This research has significant value and application prospect, for the fact that the related achievements will enrich and develop the models and algorithms of multi-GNSS and multi-frequency precise positioning and its related applications, which also provide new ideas and methods to solve some of the key problems.

近年来，以GPS、GLONASS、BDS和GALILEO等系统为代表的GNSS在不断现代化与快速建设发展中。多模多频GNSS融合数据处理成为未来的发展趋势，并将进一步提高导航定位服务的精度、可靠性和可用性。在此背景下，结合行业内日益增长的对实时高精度定位、导航、授时以及大气探测等应用领域的需求，本项目拟针对多模多频实时非组合精密单点定位（PPP）模型算法及其电离层应用开展深入研究，包括：（1）构建满秩、灵活、后向兼容的多模（四系统）多频（三频及以上）非组合PPP函数模型；（2）研究稳健的、基于数据流的多模三频非组合PPP滤波算法及其高效的实时多测站处理方案；（3）基于实时多模三频非组合PPP提取的高精度电离层斜延迟信息，开展实时电离层VTEC建模算法研究。本项目研究成果将丰富和发展多模精密定位及相关应用的模型与算法，并为解决部分关键问题提供新的思路和方法，具有显著的研究意义和应用前景。

电离层延迟是影响GNSS导航定位授时服务性能的重要误差源之一，同时GNSS技术也是当前电离层监测与建模的重要技术手段。本项目以GPS、GLONASS、BDS和GALILEO等为代表的GNSS系统为电离层建模数据源，并充分结合上述GNSS系统在近年来不断现代化和快速建设与发展的现实要求，建立严密融合处理多模、多频GNSS数据的实时电离层VTEC建模与码偏差同步估计新方法。为实现该研究目标，开展了三个方面的研究工作: 首先，从非差非组合原始观测方程出发，通过参数重组的方式建立满秩多模多频GNSS数据严密融合处理的精密单点定位函数模型，实现电离层斜延迟信息的精确与可靠提取；然后，建立基于实时数据流和IGS标准SSR产品的非差非组合精密单点定位滤波算法与实时解决方案；最后，基于多频多模观测数据提取的实时电离层斜延迟信息，建立电离层VTEC建模新方法并进行验证。本项目的主要研究成果包括：1) 建立了能够严密且灵活地融合处理多系统双频、三频乃至任意频率原始观测数据的非差非组合精密单点定位函数模型，丰富了现有的精密单点定位函数模型，并可为未来三频乃至多频数据融合处理提供重要参考；2) 建立了基于数据流的实时多频多模非差非组合精密单点定位解决方案，服务端方面，提出了基于双函数模型和双线程处理的多模实时高频卫星钟差估计新方法，解决了实际应用中实时精密卫星钟差的获取难题，用户端方面，建立了基于实时流和共享内存的实时精密单点定位解决方案，实现了高精度电离层斜延迟信息的实时提取；3) 建立了基于多频多模非差非组合精密单点定位提取电离层斜延迟的电离层VTEC建模新方法，进一步提高了GNSS电离层VTEC建模及同步码偏差估计精度和可靠性。上述研究成果成体系地形成了一整套基于多频多模GNSS非差非组合精密单点定位的实时电离层VTEC建模新方法，可为相关领域研究提供重要参考。