单历元PPP-RTK结合多频率多星座技术：实现可靠且即时的厘米级用户定位

《Advances in Space Research》：Single-epoch PPP-RTK with Multi-Frequency Multi-Constellation: Reliable and Instantaneous Centimeter-level User Positioning

　　

潘莉|贾迪戴|贾环胡|张小红|崔博斌|鲍书|黄冠文|张琴

摘要

近年来，对快速、高精度时空信息的需求日益增长，尤其是在自动驾驶和其他与安全相关的应用领域。单历元精确点定位（PPP）技术由于其能够快速提供解决方案、无需进行周期滑动检测以及具有较强的抗干扰能力，在复杂和动态的应用环境中具有显著优势。现有大多数单历元研究仅考虑了超宽车道（EWL）和宽车道（WL）的模糊度问题，本研究提出引入区域大气校正以进一步提高宽车道模糊度分辨率（WAR）的解决方案。首先，使用三个平均站间距不同的公共网络（美国国家海洋和大气管理局NOAA、欧洲永久GNSS网络EPN以及澳大利亚地球科学局GA）评估了大气插值误差。结果显示，对流层天顶湿延迟的插值误差在1厘米以内，而电离层误差与站间距密切相关，其中EPN的最长站间距约为150公里，其误差为4.5厘米，其他网络的误差均低于4.0厘米。针对三频和五频观测数据，设计了三种单历元解决方案，分别为PPP-FLOAT-3/5、PPP-WAR-3/5（现有研究中的常用方案）和PPP-RTK-3/5（本研究提出的方法），具体取决于是否进行了WAR处理或应用了大气校正。所提出的单历元PPP-RTK方法在定位精度和AR成功率方面均表现最佳，无论是静态站点还是车辆实验均如此。对于所有处理的静态站点，PPP-RTK-3方法的定位误差分别为东向4.2厘米、北向4.7厘米、上向10.1厘米，相比PPP-WAR-3方法分别提高了77.2%、82.1%和79.7%。引入大气校正后，宽车道AR成功率从96.9%提升至99.0%，表明该方法能够提供更可靠、更准确的定位结果。实际车辆实验进一步验证了该方法的有效性，东向、北向和上向的定位误差分别从84.3厘米、56.8厘米和33.8厘米降至9.1厘米、8.6厘米和18.5厘米。五频测量的引入进一步提升了定位性能：对于静态站点，水平误差低于10厘米的历元比例达到89.1%，低于30厘米的历元比例上升至98.6%；在动态车辆实验中，PPP-RTK-5方法的定位精度分别为东向8.4厘米、北向7.8厘米、上向18.1厘米。本研究的结果证明了所提出的单历元解决方案在需要即时分米级定位精度的应用中的有效性和潜力。