精密单点定位(PPP)是一种使用单台接收机就可实现高精度定位的方法，广泛应用于低轨卫星精密定轨、地壳形变监测、GNSS气象学、高精度静态或动态定位等领域。多系统融合的GNSS精密单点定位方法已成为当前的趋势，可有效提高定位精度和收敛速度^[1-8]。

随着PPP技术的快速发展，国内外已有大量科研机构和个人开发出许多支持PPP处理的软件工具，大致可分为4类：大型科研软件、商业软件、在线服务系统和开源软件^[9-10]。大型科研软件如P3、PANDA、Bernese等功能强大，但学习难度大且不对普通用户开放；商业软件如GrafNav等价格昂贵，源码不公开；在线服务系统如APPS、GAPS、CSRS-PPP和magicGNSS等使用简单，无需付费，但源码也不对用户开放，且大部分在线服务系统均不支持多系统处理^[11-12]。开源PPP软件具有源码公开、免费、使用简单、所有用户都能使用等优点，非常适合广大科研人员、工程应用人员进行学习以及进一步开发，因此对开源PPP软件的运用以及开发具有重要价值和意义。目前已经有大量开源PPP软件可供用户使用，如PPPH、MG-APP、GAMP、GPSTk、PRIDE PPP-AR、RTKLIB等，但并非所有开源PPP软件都支持多系统卫星联合定位，且目前对不同开源软件性能比较研究的文献较少。本文对PPPH、MG-APP、GAMP三种可处理多系统联合定位的开源PPP软件进行比较与分析，对比3个软件的特点，并分析其处理GPS+GLONASS+BDS+Galileo多系统和GPS单系统PPP的定位精度、收敛时间和对流层延迟。

1 三种开源软件特性比较

由于不同的开源软件具有不同的数据处理特点和功能，用户在使用之前不仅要考虑其定位精度，还应关注软件支持的操作系统、运行环境、操作界面、处理模型、输出结果类型等因素，然后根据需求选择对应的开源软件。

PPPH是在MATLAB下运行的多系统开源PPP软件，MG-APP是基于跨平台Qt框架的C⁺⁺语言下的多系统开源PPP软件，GAMP是在RTKLIB基础上开发的多系统开源PPP软件^[13-15]。表 1为PPPH、MG-APP、GAMP三种软件的主要特征比较，可以看出，3种软件均能在Windows、Mac、Linux等操作系统下运行，且能支持多种卫星系统，可极大方便用户使用。PPPH和MG-APP均拥有用户友好的图形操作界面，相比于GAMP更容易学习和使用。GAMP比PPPH和MG-APP多了非差非组合的PPP模型，可方便用户对比研究不同PPP模型函数。MG-APP和GAMP比PPPH具有更多的对流层改正模型，可方便用户比较不同对流层模型对定位结果的影响。

2 数据处理与分析 2.1 实验方案与数据处理策略

实验数据选取全球多系统定位服务实验网(MGEX)中6个测站(AREG、JFNG、REUN、WROC、NNOR、YEL2)2018-09-13~2018-09-19和2019-01-05~2019-01-11共14 d的观测数据，数据采样率为30 s。

利用PPPH、MG-APP、GAMP三款开源软件分别对GPS单系统、GPS+GLONASS+BDS+Galileo(以下简称GRCE)多系统进行静态/动态PPP解算，并分析不同软件解算的定位精度、收敛时间以及对流层ZTD。表 2为3个软件具体的数据处理策略，精密轨道、精密钟差等精密产品均由IGS各分析中心提供，PPPH和GAMP使用CODE发布的5 min精密轨道和30 s精密钟差，由于MG-APP可自动选择和下载精密产品，因此不作说明。

2.2 静态PPP定位精度和收敛性分析

为分析3种软件处理GPS单系统和GRCE多系统的定位精度和收敛时间，本文使用IGS提供的SINEX文件中的坐标作为参考值，并以N、E、U三个方向定位偏差均收敛至1 dm的时间定义为收敛时间。图 1和图 2为2019-01-05 AREG站GPS单系统和GRCE多系统静态PPP解算结果，为方便比较，图中仅显示前6 h结果。可以看出，3个软件解算的GRCE多系统的定位精度和收敛时间比GPS单系统均有所改善，MG-APP相比于PPPH和GAMP在收敛时间上更短。表 3和表 4分别为2018-09-13~2018-09-19期间和2019-01-05~2019-01-11期间3个软件解算的6个测站GPS单系统和GRCE多系统静态PPP两周定位误差RMS和收敛时间平均值，可以看出，U方向精度最差，且3个软件解算的GPS单系统和GRCE多系统精密单点定位结果在平面上优于1 cm，高程上优于2 cm；MG-APP和GAMP解算的定位精度相当而PPPH略差，3个软件解算的多系统精密单点定位精度均优于GPS单系统；PPPH、MG-APP、GAMP解算的GPS单系统PPP收敛时间分别约为30.5 min、28.6 min、29.2 min，GRCE多系统PPP收敛时间分别约为18.7 min、17.1 min、17.6 min。PPPH、MG-APP、GAMP解算的GRCE多系统收敛时间比GPS单系统分别改善约38.7%、40.2%、39.7%，极大地缩短了定位的收敛时间。

2.3 动态PPP定位精度分析

采用§2.1中数据处理策略和实验数据进行分析，使用3种软件对各个测站进行GPS和GRCE两种模式的动态精密单点定位。图 3为3种软件解算的2种模式2周定位误差RMS平均值，可以看出，3个软件解算的GPS动态精密单点定位在平面上优于2 cm、高程上优于5 cm；GRCE动态精密单点定位在平面上优于2 cm、高程上优于3 cm，GRCE动态精密单点定位精度优于GPS单系统。

2.4 对流层精度分析

对流层延迟是精密单点定位的重要误差源，同时对研究水汽变化从而预报降水也具有重要意义。PPP技术是获取ZTD产品的一种方式，因此对PPP解算的ZTD产品的精度与可靠性进行分析非常重要。为验证3个软件解算ZTD的精度，使用IGS发布的ZTD产品作为参考值来评估不同软件解算的GPS单系统和GRCE多系统ZTD精度。图 4和图 5为2019-01-05~ 2019-01-11(年积日5~11) AREG站和YEL2站软件解算的ZTD与IGS发布的ZTD差值的时间序列，可以看出，3个软件解算的GPS单系统和GRCE多系统ZTD差值绝大部分小于2 cm，与IGS发布的ZTD具有很高的一致性，均能满足ZTD精度要求，GAMP相比于PPPH和MG-APP解算的ZTD稳定性略高。

3 结语

通过比较分析PPPH、MG-APP、GAMP三种多系统开源PPP软件的性能，从软件特性、定位精度、收敛时间、对流层延迟等多个方面进行对比，得到以下结论：

1) 3种软件均能在多种操作系统下运行，且能支持多种卫星系统，可极大地方便用户使用，MG-APP和GAMP相比于PPPH在数据处理策略和改正模型上更丰富。

2) 3个软件解算的GRCE多系统的定位精度和收敛时间相比于GPS单系统均有所改善，MG-APP和GAMP解算的定位精度相当而PPPH略差。3个软件解算的GPS和GRCE静态精密单点定位在平面上优于1 cm，高程上优于2 cm；GPS动态精密单点定位在平面上优于2 cm，高程上优于5 cm；3个软件解算的GRCE动态精密单点定位在平面上优于2 cm，高程上优于3 cm。MG-APP相比于PPPH和GAMP收敛时间更短，PPPH、MG-APP、GAMP解算的GRCE多系统收敛时间比GPS单系统分别改善约38.7%、40.2%、39.7%，极大地缩短了定位的收敛时间。

3) 3个软件解算的ZTD与IGS发布的ZTD具有很高一致性，均能满足ZTD精度要求，GAMP相比于PPPH和MG-APP解算的ZTD稳定性略高。