GPS精密单点定位技术：模型与卡尔曼滤波应用

"东南大学硕士学位论文——GPS动态精密单点定位（PPP）研究，作者陈安京，导师高成发，专业大地测量学与测量工程，研究了GPS精密单点定位的原理、误差来源、消除误差的方法以及卡尔曼滤波在动态定位中的应用，通过实测数据分析了定位精度，证明了动态PPP可实现厘米级精度。" 在GPS技术领域，精密单点定位（PPP）是一种高精度的定位方法，它利用高精度的GPS卫星星历、卫星钟差信息以及双频载波相位观测值，无需设立参考站，仅需一台接收机就能在全球范围内进行静态或动态定位。PPP的定位精度可以达到分米甚至厘米级别，适用于高精度测量和导航定位。 在GPS静态精密单点定位中，通常需要同时接收到4颗以上的卫星信号，但由于测码伪距、广播星历、卫星钟差改正、电离层延迟、对流层延迟和多路径效应等因素的影响，即使没有SA（选择可用性）干扰，静态定位精度也只能达到米级，动态定位精度大约在10到40厘米之间。 精密单点定位观测模型主要包括消电离层组合(Iono-Free)模型和UofC模型。消电离层组合观测模型是最常见的处理电离层影响的方法，通过组合不同频率的载波相位观测值，减少电离层延迟的影响。而UofC模型则是由Calgary大学的Gao和Shen提出的另一种模型，这两种模型各有优缺点，适用于不同的定位环境和精度需求。 PPP采用非差观测模型，误差无法通过常规差分方法消除，但可以通过模型估计和观测数据的组合来减弱误差。文章深入探讨了各种误差源，包括与卫星相关的误差（如卫星钟差）、信号传播过程中的误差（如电离层和对流层延迟）、接收机误差等，并提出了相应的消除或削弱误差的策略。其中，地球自转效应、地球潮汐和大洋负荷等地球动力学因素也被考虑在内。 卡尔曼滤波作为在线性无偏最小方差估计基础上的递推滤波方法，被广泛应用于GPS动态定位数据处理。它结合系统状态转移方程和观测值，不断更新状态估计，对于处理动态定位数据特别有效。文章通过P3软件的实例，分析了卡尔曼滤波器在动态PPP中的应用，讨论了滤波器参数的随机模型和初始值设定，实测数据表明，使用30秒间隔的卫星钟差产品，动态PPP可以实现厘米级的定位精度。 关键词涵盖：GPS、动态精密单点定位、卡尔曼滤波、精密卫星星历和卫星钟差、精度分析。