以下文章来源于卫星导航国际期刊 ，作者洪菊
标题：LEO增强GNSS快速精密单点定位
作者：洪菊，涂锐*，张鹏飞，张睿，韩军强，范丽红，王思遥，卢晓春
主题词：精密单点定位; 低轨; 低轨增强全球导航卫星系统; 快速定位
GNSS rapid precise point positioning enhanced by low Earth orbit satellites
Ju Hong, Rui Tu*, Pengfei Zhang, Rui Zhang, Junqiang Han, Lihong Fan, Siyao Wang and Xiaochun Lu
Satellite Navigation (2023) 4: 11
引用文章:
Hong, J., Tu, R., Zhang, P. F. et al. GNSS rapid precise point positioning enhanced by low Earth orbit satellites. Satell Navig 4, 11(2023). https://doi.org/10.1186/s43020-023-00100-x
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https://satellite-navigation.springeropen.com/articles/10.1186/s43020-023-00100-x
本文亮点
本文给出了 LEO（L）增强 GNSS的精密单点定位模型，基于仿真LEO数据和实测GNSS数据详细分析了 LEO对 GNSS 浮点解PPP、固定解PPP（PPP-AR）和区域增强PPP（PPP-RTK）定位的贡献。结果表明 LEO 增强后显著提高了GNSS 精密单点定位的收敛速度，可以实现1-2 min快速收敛的厘米级定位。随着 LEO 星座的建设与发展，LEO 增强 GNSS 将进一步推进PPP技术的应用。
内容简介
低轨卫星轨道低、运行速度快扩展了导航卫星星座构型，丰富了几何多样性，能够有效补充与提升 GNSS服务。本文利用仿真的LEO观测数据综合评估了 LEO 对 GNSS 浮点解PPP、PPP-AR以及PPP-RTK的贡献。加入LEO观测数据后，GPS(G)，BDS(C)，Galileo(E)浮点解PPP的收敛速度分别提高了90.0%，91.0%和90.7%。对于PPP-AR定位，加入LEO观测数据后，GPS单系统以及GCE 组合系统TTFF分别缩短了86.4%和82.8%，定位精度也有了显著提高。同时分析了LEO对不同尺度参考网PPP-RTK定位性能的影响。在57 km参考网中，加入LEO观测数据后，GCE组合系统模糊度成功固定率由86.8%提高到94.9%，TTFF改善了36.8%。在110 km参考网中，加入LEO观测数据后，GCE组合系统的模糊度成功固定率由64.0%提高到88.6%，TTFF改善了32.1%。LEO在长距离参考网中对GNSS PPP-RTK定位性能增益明显，这有利于扩大PPP-RTK 服务范围。
图文导读
I 浮点解PPP增强效果评估
为评估LEO对GNSS浮点解PPP的增强效果，选取分布在不同纬度的三个测站的数据，对其定位精度和收敛速度进行分析。图1展示了某一时段G/C/GCRE/不同系统组合加入LEO观测数据前后的定位偏差。加入LEO观测数据后不同系统组合浮点解PPP的收敛速度均加快，图2详细统计了各测站加入LEO观测数据后PPP收敛速度。加入LEO观测数据后三个测站不同系统PPP的收敛速度均明显加快，GL/CL/GCREL分别在1.9 min，1.8 min以及 1.3 min达到收敛条件，收敛速度分别提高了90.0%, 91.0%和90.7%。
图 1 GNSS/LEO浮点解PPP定位偏差时间序列。
图 2 GNSS/LEO浮点解PPP收敛时间。
II PPP-AR增强效果评估
为探究LEO对GNSS PPP-AR的增强效果，选择GPS单系统以及GCE组合系统分析LEO对单系统及多系统PPP模糊度固定解的影响。如图 3所示，实验中各测站GPS单系统 PPP-AR解算时，模糊度成功固定率为90%左右，加入LEO观测数据后，各测站模糊度成功固定率达到100%。GCE和 GCEL组合系统都能在1小时内成功固定模糊度，但GCEL的首次固定时间(TTFF)均值在1min 左右，远小于GCE的TTFF均值，表明 LEO 辅助GNSS 能够更快速的获得 PPP 模糊度固定解，如图4所示。GPS 单系统以及 GCE 组合系统加入LEO 观测数据后，TTFF分别缩短了86.4%和82.8%。
图 3 各测站G/GL模糊度成功固定率。
图 4 不同系统 PPP-AR 定位结果的 TTFF分布。
III PPP-RTK增强效果评估
PPP-RTK定位性能与大气延迟内插精度密切相关，文章分析了 LEO 对不同尺度参考网 GNSS PPP-RTK 定位性能的影响。
(1)用户站距离参考站平均距离为57 km参考网中，GCE各系统所有卫星第1频点星间单差电离层与对流层天顶湿延迟内插残差的RMS值分别2.6 cm和0.6 cm。GCE 组合系统的模糊度成功固定率为86.8%，加入LEO观测数据后，模糊度成功固定率提高到94.9%，且TTFF由16.08 s缩短至10.16 s，改善了36.8 %，如表1所示。图5统计了其TTFF分布，在GCE组合系统PPP-RTK模糊度成功固定的所有实验中，90%可以在1 min实现模糊度成功固定。加入LEO观测数据后，GCEL 组合系统模糊度成功固定速度进一步加快，在GCEL组合系统PPP-RTK模糊度成功固定实验中，在10 s，30 s和1 min内实现模糊度成功固定的实验分别占比为86.8%，89.9%和94.2%。
表 1 57 km参考网中模糊度成功固定率与TTFF均值
图 5 57 km参考网中PPP-RTK的TTFF累积概率分布。
(2)用户站距离参考站平均距离为110 km参考网中，GCE 各系统所有卫星第1频点星间单差电离层延迟残差与对流层天顶湿延迟残差的RMS值分别为4.5 cm和1.8 cm。加入LEO观测数据后，GCE组合系统模糊度成功固定率由64.0%提高到 88.6%；GCE组合系统的TTFF由41.8 s缩短到28.4 s，改善了32.1%，如表2所示。图6统计了其TTFF分布，在GCE组合系统PPP-RTK模糊度成功固定的所有实验中，90%在3 min可以实现模糊度成功固定。加入LEO观测数据后，GCEL组合系统模糊度成功固定速度加快，尤其在30 s和1 min内，LEO增强效果更加明显，在 GCEL组合系统模糊度成功固定实验中，在10 s，30 s和1 min内实现模糊度成功固定的实验分别占比为62.2%，78.4%和87.6%。
表 2 110 km参考网中模糊度成功固定率与TTFF均值
图 6 110 km参考网中PPP-RTK的TTFF累积概率分布。
作者简介
涂锐 研究员
本文通讯作者
中国科学院国家授时中心
中国科学院大学
▍作者简介
涂锐，中国科学院国家授时中心研究员、博士生导师。致力于卫星导航与大地测量领域科学研究和工程应用工作，在GNSS精密产品生成与播发、北斗/低轨实时增强定位、载波相位精密定时等方面取得了特色创新成果并成功应用，为世界上海拔最高的堰塞湖-塔吉克斯坦萨雷兹湖大坝建成首个基于北斗的毫米级变形监测系统。
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