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MADOCA实时GPS精密轨道和钟差改正产品的评估


中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院

“科研成果快报”

1. 标题

· Evaluation of the GPS Precise Orbit and Clock Corrections from MADOCA Real-Time Products

· MADOCA实时GPS精密轨道和钟差改正产品的评估

2. 成果信息

· Zhang, S.; Du, S.; Li, W.*; Wang, G. Evaluation of the GPS Precise Orbit and Clock Corrections from MADOCA Real-Time Products. Sensors 2019, 19, 2580. doi:10.3390/s19112580.

· 论文网址链接:http://www.mdpi.com/1424-8220/19/11/2580

· This work was sponsored by the Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences (Grant No. XDA17010304), the National Science Foundation of China (Grant No. 41504023 and 41804033).

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3. 成果团队成员

· 张绍成,博士,中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院,讲师,硕士生导师。研究方向GNSS大气遥感与精密定位。(第一作者,联系邮箱:zsc@cug.edu.cn)

· 独士康,硕士生,中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院,研究方向为GNSS实时精密单点定位。(第二作者,联系邮箱:dsk@cug.edu.cn)

· 李玮,博士,中国地质大学(武汉)地理与信息工程学学院,讲师,硕士生导师。研究方向GNSS精密定位及其应用。(通讯作者,联系邮箱:weili@cug.edu.cn)

· 王广兴,博士,中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院,讲师,硕士生导师。研究方向GNSS精密单点定位及模糊度固定理论与方法。(联系邮箱:wanggx@cug.edu.cn)

4. 成果介绍

准天顶卫星系统(Quasi-Zenith Satellite System, QZSS是由日本研制的一种区域性卫星导航系统。其信号覆盖范围为整个亚太地区,包括我国大部分地区。在信号类型方面,除了播发与GPS相互兼容的标准导航信号(例如L1C/A、L1C、L2C等)之外,QZSS卫星还播发L6E增强信号,包括高频率的GNSS精密轨道和钟差等改正信息,可用来提供实时高精度导航定位服务,比如实时精密单点定位(Real-Time Precise Point Positioning, RTPPP。该改正信息是利用分布在全球的连续运行参考站双频观测数据,并通过MADOCA(Multi-GNSS Advanced Demonstration tool for Orbit and Clock Analysis软件实时生成的,故称之为MADOCA 实时产品。

论文首先从产品可用性和准确性(精度)两个方面对MADOCA实时产品进行了评估,参考产品为IGS最终精密星历。在可用性方面,统计了MADOCA实时产品三个月的可用情况(如图1),其中历元可用率为92.6%,单历元卫星可用率基本可达93.8%(即可用卫星数超过30个的历元)。

1 2018年11月-2019年1月MADOCA实时产品中GPS卫星的可用情况,红点为MADOCA产品不可用历元,蓝点为MADOCA和IGS最终星历均不可用历元

在轨道评估方面,为了确保两种产品参考框架的一致性,首次引入了Helmert七参数转换模型;在钟差评估方面,采用了单历元下所有卫星都参与的双差计算方法进行了钟差作差比较。统计了仅考虑轨道误差的SISRE(orb和顾及轨道和钟差的SISRE(图2)。可以看出,经Helmert七参数转换后,轨道精度有明显提高,且SISRE的精度约为10cm。从长期趋势看,除了极少数的波动,其精度基本趋于稳定(图3)。

2 2018年11月11-17日经Helmert转换前后的MADOCA实时产品中所有GPS卫星的SISRE(orb)和SISRE值时间序列统计

3 2018全年经Helmet转换后的MADOCA实时产品中所有GPS卫星的SISRE(orbSISRE值时间序列

最后,论文随机在全球范围内选取了20个测站并利用RTKLIB软件进行了仿实时动态PPP试验验证,统计了其定位误差的RMS值(图4)。结果表明:定位精度在东、北方向上优于10cm,、天顶方向优于15cm,可以满足信号覆盖范围内RTPPP用户对卫星轨道和钟差的高精度需求。

4 利用MADOCA实时产品对全球分布的20个测站进行单天动态PPP解算的RMS值统计

研究意义:随着RTPPP逐渐成为GNSS领域的热点研究方向之一,且日本QZSS的快速推进,加之其信号可以覆盖我国大部分区域。研究其增强信号的定位性能显得尤为重要。论文便以此为出发点对其实时高精度产品进行了系统性评估,可为后续的相关研究工作与应用提供参考。