全球定位系统(GPS)是目前最广泛使用的卫星导航系统,但在城市环境中,高楼大厦和建筑物经常会导致GPS信号受到遮挡,影响定位精度和收敛速度。为解决这一问题,结合其他卫星导航系统,如俄罗斯的GLONASS和欧洲的Galileo,进行多系统融合精密单点定位(PPP)成为一种有效的解决方案。
PPP是一种高精度的定位技术,通过消除大气延迟、卫星钟差和接收机钟差等因素,可以实现厘米级甚至毫米级的定位精度。在传统的PPP模型中,通常使用双频无电离层组合模型,该模型包括几何距离、钟差、对流层延迟和各种观测误差等参数。然而,当GPS信号受遮挡时,可用卫星数量减少,导致模型的几何分布恶化,从而影响定位性能。
为改善遮挡环境下的PPP性能,可以引入多系统融合。比如,GPS与GLONASS的组合可以增加可用卫星的数量,改善卫星的空间几何分布,提高定位稳健性。同样,GPS与Galileo的融合也能带来类似的效果。更进一步,同时融合GPS、GLONASS和Galileo三个系统,可以最大程度地弥补遮挡环境造成的卫星信号损失,进一步提升定位精度和收敛速度。
已有研究表明,多系统融合PPP相比于单GPS系统的定位性能有显著改善。例如,通过设定不同的卫星高度截止角,可以划分出正常环境、一般遮挡和较重遮挡等不同环境类型,并对不同组合模式下的PPP进行模拟实验。实验结果显示,GPS/GLONASS、GPS/Galileo和GPS/GLONASS/Galileo组合都能有效地补偿遮挡环境下的卫星不足,其中GPS/GLONASS、GPS/Galileo组合相对于单GPS系统有不同程度的性能提升,而三系统的融合效果最佳。
多系统融合PPP的实现需要考虑各系统的系统间时间偏差(ISB)和频间偏差(IFB),这会直接影响到观测值的处理。在扩展的多系统定位模型中,不仅需要处理GPS的观测值,还需要处理GLONASS和Galileo的观测值,同时考虑到各系统的钟差和对流层延迟误差。通过精确建模和数据处理,可以减小这些偏差对定位结果的影响。
总结来说,遮挡环境下GPS、GLONASS和Galileo的多系统融合PPP可以显著提高定位性能,缩短收敛时间,增强定位稳定性。随着多频多系统的广泛应用,这种融合技术对于城市环境中的精准定位服务具有重要意义,广泛应用于测绘、交通、航空、水利、电力等领域。未来的研究将继续深入探索如何优化多系统融合策略,以应对各种复杂环境下的定位挑战。