顾及对流层各向异性的实时PPP解算方法

赵庆志; 张登雄; 姚宜斌; 李祖锋; 吴侃; 高余婷; 王鹏程; 马智; 刘晨

doi:10.13203/j.whugis20240175

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

顾及对流层各向异性的实时PPP解算方法

大地测量学与测量工程 | 更新时间：2026-11-05

- 顾及对流层各向异性的实时PPP解算方法
- Real-Time PPP Solution Method Considering Tropospheric Anisotropy
- 武汉大学学报（信息科学版） 2026年51卷第3期页码：591-603
- 作者机构：
  
  1.西安科技大学测绘科学与技术学院，陕西西安，710054
  2.武汉大学测绘学院，湖北武汉，430079
  3.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西西安，710065
  4.空军军医大学航空航天医学院教育部航空航天医学重点实验室，陕西西安，710032
  5.天津市轨道交通导航定位及时空大数据技术重点实验室，天津，300251
- 作者简介：
  
  赵庆志，博士，教授，主要从事GNSS导航定位与空间环境监测相关研究。zhaoqingzhia@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(42574045;42274039);天津市轨道交通导航定位及时空大数据技术重点实验室开放课题基金(TKL2024B03);西安市科协青年人才托举项目(959202313075);秦创原引用高层次创新创业人才项目(QCYRCXM-2023-107)
- DOI：10.13203/j.whugis20240175
  中图分类号： P228
- 收稿：2024-12-29，
  
  纸质出版：2026-03-05
- 稿件说明：
移动端阅览
赵庆志,张登雄,姚宜斌，等.顾及对流层各向异性的实时PPP解算方法[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(3):591-603.

ZHAO Qingzhi,ZHANG Dengxiong,YAO Yibin,et al.Real-Time PPP Solution Method Considering Tropospheric Anisotropy[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(3):591-603.
赵庆志,张登雄,姚宜斌，等.顾及对流层各向异性的实时PPP解算方法[J].武汉大学学报（信息科学版）,2026,51(3):591-603. DOI：10.13203/j.whugis20240175

ZHAO Qingzhi,ZHANG Dengxiong,YAO Yibin,et al.Real-Time PPP Solution Method Considering Tropospheric Anisotropy[J].Geomatics and Information Science of Wuhan University,2026,51(3):591-603. DOI：10.13203/j.whugis20240175

摘要

对流层各向异性是影响全球导航卫星系统（global navigation satellite system

GNSS）定位精度的重要因素之一，现有实时精密单点定位（real-time precise point positioning

RT-PPP）技术通常联合经验模型、投影函数和参数估计法消除对流层延迟的影响，但并未考虑对流层各向异性对定位结果的影响。太阳辐射是导致对流层各向异性的重要因素，因此，提出一种顾及太阳辐射导致对流层各向异性的RT-PPP解算方法，所提方法基于测站位置和地方时计算太阳高度角，表征太阳辐射对GNSS信号的影响，并对现有湿投影函数及随机模型进行改进，构建顾及对流层各向异性的RT-PPP函数模型和随机模型。选取全球分布的13个国际GNSS服务中心站2023年年积日64—70天共7 d的GNSS观测数据对所提方法进行验证，实验结果表明，所提的顾及对流层各向异性的RT-PPP定位方法优于传统方法，在北、东、天3个方向上的定位精度均有一定的改善；在收敛时间方面，3个方向上收敛速度的改善率分别为1.42%、0.69%和2.46%。对不同纬度的测站进行分析，发现所提方法对不同纬度测站的定位结果和收敛速度均有一定程度的改善，说明该方法具有一定的鲁棒性，对进一步完善顾及对流层各向异性的RT-PPP理论与方法具有重要意义。

Abstract

Objectives

Tropospheric anisotropy is one of the important factors affecting the positioning accuracy of global navigation satellite system (GNSS). The existing real-time precision point positioning (RT-PPP) technology usually combines empirical models

projection functions

and parameter estimation methods to eliminate the influence of tropospheric delay

but does not consider the impact of tropospheric anisotropy on positioning results. Solar radiation is an important factor causing tropospheric anisotropy. Therefore

we propose a RT-PPP calculation method that considers the tropospheric anisotropy caused by solar radiation.

Methods

We calculate the solar altitude angle based on the station position and local time and characterize the influence of solar radiation on GNSS signals. And we improve the existing wet projection function and stochastic model to construct RT-PPP function model and stochastic model that consider the anisotropy of troposphere. The proposed method is validated by selecting 7 days of GNSS observation data from 13 international GNSS service center stations.

Results

The proposed RT-PPP method outperforms the traditional methods and improves positioning accuracy in the N

and U directions to some extent. In terms of convergence time

the improvement rates of convergence speed in the three directions are 1.42%

0.69%

and 2.46%

respectively. The analysis shows that the proposed method has improved the positioning results and convergence speed of stations in different latitude intervals to a certain extent

indicating that the robustness of the proposed method.

Conclusions

The proposed method considers the impact of solar radiation on satellite signals passing through the troposphere

filling the gap in the influence of tropospheric anisotropy on RT-PPP. It is of great significance for further improvement of the theory and methods of RT-PPP that takes tropospheric anisotropy into account.

关键词

Keywords

references

王胜利，王庆，高旺，等 . IGS实时产品质量分析及其在实时精密单点定位中的应用［J］. 东南大学学报（自然科学版）， 2013 ， 43 （ S2 ）： 365 - 369 .

WANG Shengli ， WANG Qing ， GAO Wang ， et al . Quality Analysis of IGS Real-Time Products and Its Application in Real-Time Precise Point Positioning ［J］. Journal of Southeast University （Natural Science Edition）， 2013 ， 43 （ S2 ）： 365 - 369 .

郭文飞，朱萌萌，辜声峰，等 . GNSS精密时频接收机时钟调控模型与参数设计方法［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2023 ， 48 （ 7 ）： 1126 - 1133 .

GUO Wenfei ， ZHU Mengmeng ， GU Shengfeng ， et al . GNSS Precise Time-Frequency Receiver Clock Steering Model and Parameter Design Method ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2023 ， 48 （ 7 ）： 1126 - 1133 .

周要宗，楼益栋，张卫星，等 . 新一代实时对流层映射函数精度及PPP性能评估［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2021 ， 46 （ 12 ）： 1881 - 1888 .

ZHOU Yaozong ， LOU Yidong ， ZHANG Weixing ， et al . On the Accuracy and PPP Performance Evaluation of the Latest Generation of Real Time Tropospheric Mapping Function ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2021 ， 46 （ 12 ）： 1881 - 1888 .

杨军建，姚宜斌，许超钤，等 . 不同在线PPP技术得到的ZTD对比与精度分析［J］. 测绘地理信息， 2015 ， 40 （ 6 ）： 11 - 14 .

YANG Junjian ， YAO Yibin ， XU Chaoqian ， et al . Accuracy Analysis of ZTD Obtained from Different GPS Online Post-Processing Services ［J］. Journal of Geomatics ， 2015 ， 40 （ 6 ）： 11 - 14 .

黄良珂，郭立杰，刘立龙，等 . 利用中国区域MERRA-2资料计算ZTD和ZWD的精度分析［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2023 ， 48 （ 3 ）： 416 - 424 .

HUANG Liangke ， GUO Lijie ， LIU Lilong ， et al . Accuracy Analysis of ZTD and ZWD Calculated from MERRA-2 Reanalysis Data over China ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2023 ， 48 （ 3 ）： 416 - 424 .

张良 . GPS实时服务（RTS）产品关键技术及其应用研究［D］. 武汉：武汉大学， 2018 .

ZHANG Liang . Research on GPS Real-Time Service （RTS） Products and Its Application ［D］. Wuhan ： Wuhan University ， 2018 .

章迪 . GNSS对流层天顶延迟模型及映射函数研究［D］. 武汉：武汉大学， 2020 .

ZHANG Di . The Study of the GNSS Tropospheric Zenith Delay Model and Mapping Function ［D］. Wuhan ： Wuhan University ， 2020 .

黄良珂，陈华，刘立龙，等 . 一种新的高精度全球对流层天顶延迟模型［J］. 地球物理学报， 2021 ， 64 （ 3 ）： 782 - 795 ．

HUANG Liangke ， CHEN Hua ， LIU Lilong ， et al . A New High-Precision Global Model for Calculating Zenith Tropospheric Delay ［J］. Chinese Journal of Geophysics ， 2021 ， 64 （ 3 ）： 782 - 795 ．

BOEHM J ， NIELL A ， TREGONING P ， et al . Global Mapping Function （GMF）： A New Empirical Mapping Function Based on Numerical Weather Model Data ［J］. Geophysical Research Letters ， 2006 ， 33 （ 7 ）： 2005GL025546 .

BOEHM J ， SCHUH H . Vienna Mapping Functions in VLBI Analyses ［J］. Geophysical Research Letters ， 2004 ， 31 （ 1 ）： 2003GL018984 .

LANDSKRON D ， BÖHM J . VMF3/GPT3： Refined Discrete and Empirical Troposphere Mapping Functions ［J］. Journal of Geodesy ， 2018 ， 92 （ 4 ）： 349 - 360 .

王丹，淡鹏 . 对流层经验映射函数模型精度分析［J］. 无线电工程， 2020 ， 50 （ 8 ）： 666 - 671 .

WANG Dan ， DAN Peng . Precision Analysis of Tropospheric Empirical Mapping Functions ［J］. Radio Engineering ， 2020 ， 50 （ 8 ）： 666 - 671 .

YUAN Y B ， HOLDEN L ， KEALY A ， et al . Assessment of Forecast Vienna Mapping Function 1 for Real-Time Tropospheric Delay Modeling in GNSS ［J］. Journal of Geodesy ， 2019 ， 93 （ 9 ）： 1501 - 1514 .

翟树峰 . GNSS对流层延迟改正及其应用研究［D］. 郑州：信息工程大学， 2018 .

ZHAI Shufeng . Research on Application and GNSS Tropospheric Delay Correction ［D］. Zhengzhou ： Information Engineering University ， 2018 .

叶克东 . 不同映射函数对实时PPP解算的影响分析［D］. 成都：西南交通大学， 2021 .

YE Kedong . Analysis of the Influence of Different Mapping Functions on Real-Time PPP Solution ［D］. Chengdu ： Southwest Jiaotong University ， 2021 .

张小红，丁乐乐 . 北斗二代观测值质量分析及随机模型精化［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2013 ， 38 （ 7 ）： 832 - 836 .

ZHANG Xiaohong ， DING Lele . Quality Analysis of the Second Generation Compass Observables and Stochastic Model Refining ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2013 ， 38 （ 7 ）： 832 - 836 .

LI B F ， ZHANG L ， VERHAGEN S . Impacts of BeiDou Stochastic Model on Reliability： Overall Test， W-Test and Minimal Detectable Bias ［J］. GPS Solutions ， 2017 ， 21 （ 3 ）： 1095 - 1112 .

严丽，李萌，梅熙，等 . 实时估计不同类型北斗卫星观测值的随机模型［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2017 ， 42 （ 2 ）： 263 - 269 .

YAN Li ， LI Meng ， MEI Xi ， et al . Real-Time Estimating Different Types of BDS Observations Stochastic Model ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2017 ， 42 （ 2 ）： 263 - 269 .

YAN L ， HUANG D F ， LI M ， et al . BDS/GPS Stochastic Model Refinement and Assessment Using Satellite Elevation Angle and SNR ［C］// China Satellite Navigation Conference ， Berlin， Germany ， 2015 .

GERDAN G P . A Comparison of Four Methods of Weighting Double Difference Pseudorange Measurements ［J］. Australian Surveyor ， 1995 ， 40 （ 4 ）： 60 - 66 .

KING R W ， BOCK Y . Documentation for the GAMIT GPS Analysis Software， Release 10.05 ［R ］. Cambridge ： Massachusetts Institute of Technology ， 2005 .

HADAS T ， HOBIGER T ， HORDYNIEC P . Considering Different Recent Advancements in GNSS on Real-Time Zenith Troposphere Estimates ［J］. GPS Solutions ， 2020 ， 24 （ 4 ）： 99 .

HAN S . Quality-Control Issues Relating to Instantaneous Ambiguity Resolution for Real-Time GPS Kinematic Positioning ［J］. Journal of Geodesy ， 1997 ， 71 （ 6 ）： 351 - 361 .

张彦丽，赵军 . 复杂地形区太阳短波辐射空间变异分析［J］. 地理与地理信息科学， 2017 ， 33 （ 4 ）： 99 - 106 .

ZHANG Yanli ， ZHAO Jun . Spatial Variation Analysis of Solar Shortwave Radiation in Complex Terrain ［J］. Geography and Geo‐Information Science ， 2017 ， 33 （ 4 ）： 99 - 106 .

李清泉，刘会增，朱平，等 . 地球辐射收支探测的目标方向订正模型构建：从地球卫星到月基平台［J］. 地球信息科学学报， 2023 ， 25 （ 1 ）： 2 - 14 .

LI Qingquan ， LIU Huizeng ， ZHU Ping ， et al . The Angular Distribution Models of the Earth's Radiation Budget Measurement： From LEO and GEO Satellites to the Moon-Based Platform ［J］. Journal of Geo‐Information Science ， 2023 ， 25 （ 1 ）： 2 - 14 .

齐月，房世波，周文佐 . 近50年来中国东、西部地面太阳辐射变化及其与大气环境变化的关系［J］. 物理学报， 2015 ， 64 （ 8 ）： 398 - 407 .

QI Yue ， FANG Shibo ， ZHOU Wenzuo . Correlative Analysis Between the Changes of Surface Solar Radiation and Its Relationship with Air Pollution， as Well as Meteorological Factor in East and West China in Recent 50 Years ［J］. Acta Physica Sinica ， 2015 ， 64 （ 8 ）： 398 - 407 .

肖子牛，钟琦，尹志强，等 . 太阳活动年代际变化对现代气候影响的研究进展［J］. 地球科学进展， 2013 ， 28 （ 12 ）： 1335 - 1348 .

XIAO Ziniu ， ZHONG Qi ， YIN Zhiqiang ， et al . Advances in the Research of Impact of Decadal Solar Cycle on Modern Climate ［J］. Advances in Earth Science ， 2013 ， 28 （ 12 ）： 1335 - 1348 .

唐超礼，朱一东，魏合理，等 . 近40年中国区域对流层顶温度场时空变化特征［J］. 大气与环境光学学报， 2023 ， 18 （ 1 ）： 25 - 35 .

TANG Chaoli ， ZHU Yidong ， WEI Heli ， et al . Temporal and Spatial Variation Characteristics of Tropopause Temperature over China in Recent 40 Years ［J］. Journal of Atmospheric and Environmental Optics ， 2023 ， 18 （ 1 ）： 25 - 35 .

王尚祺，刘岭，郑勇峰，等 . BDS-3/Galileo四频精密单点定位模型及性能分析［J］. 中国惯性技术学报， 2024 ， 32 （ 5 ）： 484 - 491 .

WANG Shangqi ， LIU Ling ， ZHENG Yongfeng ， et al . Quad-Frequency Precise Point Positioning Model and Performance Analysis for BDS-3/Galileo ［J］. Journal of Chinese Inertial Technology ， 2024 ， 32 （ 5 ）： 484 - 491 .

雅森江·库尔班，王豫，买买提艾力·买买提依明，等 . 中国帕米尔高原太阳辐射演变规律［J］. 太阳能学报， 2023 ， 44 （ 10 ）： 237 - 244 .

YASIN K ， WANG Y ， ALI M ， et al . Evolution of Solar Radiation in China Pamir Plateau ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2023 ， 44 （ 10 ）： 237 - 244 .

王嘉琛，刘根友，郭爱智，等 . 相对定位双差模型中的天线相位缠绕误差分析［J］. 武汉大学学报（信息科学版）， 2020 ， 45 （ 1 ）： 38 - 45， 104 .

WANG Jiachen ， LIU Genyou ， GUO Aizhi ， et al . Antenna Phase Wind-up Error Analysis of GNSS Relative Positioning Double-Difference Model ［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University ， 2020 ， 45 （ 1 ）： 38 - 45， 104 .

KOUBA J . A Simplified Yaw‐Attitude Model for Eclipsing GPS Satellites ［J］. GPS Solutions ， 2009 ， 13 （ 1 ）： 1 - 12 .

WU J T ， WU S C ， HAJJ G A ， et al . Effects of Antenna Orientation on GPS Carrier Phase ［J］. Manuscripta Geodaetica ， 1993 ， 18 （ 2 ）： 91 - 98 .

BOCK Y ， AGNEW D C . The Case for Ranging in GPS-Based Geodetic Systems ［J］. Geophysical Research Letters ， 1991 ， 18 （ 1 ）： 7 - 10 .

WÜBBENA G . Software Developments for Geodetic Positioning with GPS Using TI4100 Code and Carrier Measurements ［C］// The 1st International Symposium on Precise Positioning with the Global Positioning System ， Rockville， USA ， 1985 .

BÖHM J ， MÖLLER G ， SCHINDELEGGER M ， et al . Development of an Improved Empirical Model for Slant Delays in the Troposphere （GPT2w）［J］. GPS Solutions ， 2015 ， 19 （ 3 ）： 433 - 441 .

杜石，黄观文，葛玉龙，等 . BNC/RTKLIB/PPPWIZARD实时精密单点定位服务性能评估［J］. 大地测量与地球动力学， 2021 ， 41 （ 2 ）： 125 - 130 .

DU Shi ， HUANG Guanwen ， GE Yulong ， et al . Performance Evaluation of BNC/RTKLIB/PPPWI-

ZARD Real-Time Precise Point Positioning Service ［J］. Journal of Geodesy and Geodynamics ， 2021 ， 41 （ 2 ）： 125 - 130 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

GNSS精密时频接收机时钟调控模型与参数设计方法

船舶航行海洋地理信息三态融合保障问题研究

几何与频域双约束的单步扩散海底地形超分辨率重建方法

基于武汉一号卫星影像的智能变化检测方法与应用

呼包鄂榆城市群草地脆弱性时空演变及因子可解释性分析