精密单点定位(precision point positioning, PPP)是只采用一台GNSS(global navigation satellite system)接收机和精密轨道及钟差产品即可得到cm级至dm级精度的一种定位技术^[1-4]。高精度的卫星轨道和卫星钟产品是进行PPP的重要因素。实时服务(real-time service，RTS)产品是实时PPP的必要条件。为满足实时PPP的需求，IGS RTS于2013年4月1日正式上线，向实时用户提供实时服务^[4]。用户可以通过NTRIP(networked transport of RTCM via internet protocol)协议获取广播星历的实时精密轨道和钟差改正数^[5]。采用这些可用的实时服务产品，许多学者将实时PPP技术应用于多种场合，如海上导航、精密农业、灾害监测等^[6-10]。

目前IGS提供的可以支持实时PPP的RTS产品有很多，当采用不同的产品时，也会产生不同的精度差异^[9-12]。许多学者对这些产品的精度多个角度进行评价。如文献[4]对法国国家航天局的多系统产品进行了精度和定位精度分析；文献[12]对IGS01和IGS02的精度以及定位精度进行了分析;文献[13]对IGS01的GPS产品和IGS02的GLONASS(global navigation satellite system)产品的精度进行了分析。这些研究为用户选择实时服务产品时提供了一个参考。然而，对实时动态PPP的精度分析较为欠缺。本文利用可获取的IGS RTS产品进行车载动态PPP实验，以分析IGS RTS产品在实时动态PPP中的表现。

IGS实时服务产品的生成过程分为3个步骤。

1) IGS分析中心生成分析中心产品，并采用NTRIP协议实时向用户播发。

2) 组合中心接收各分析中心广播的产品进行组合，得到组合产品后实时向用户播发。

3) 用户通过NTRIP协议既可以获取分析中心的产品，也可以获取组合产品。这种服务结构可以有效避免某个或某些分析中心产品中断而产生的服务中断，可以为用户提供较为稳定的服务。

当前可用的RTS产品可参见https://igs.bkg.bund.de/ntrip/orbits。IGS01和IGS03是两个较为常用的组合产品。其中，IGS01是欧洲空间局空间操作中心开发的软件合成的，合成时采用的分析中心产品有CLK10、CLK16、CLK20、CLK22、CLK53、CLK80、CLK93。其卫星轨道和钟改正数的更新率为5 s。IGS03是德国联邦大地测量和制图局采用其开发的BNC(BKG ntrip chent)软件合成的，使用的算法是卡尔曼滤波估计。合成时采用的分析中心产品有CLK11、CLK91、CLK20以及CLK80。除IGS01和IGS03外，其他产品是各分析中心开发产生的。如CLK15为武汉大学卫星导航定位中心生成，其采用的软件是自主开发的PANDA软件。CLK90是法国国家航天局生成和维护，其采用的软件为PPP-WIZARD(PPP-with integer and zero-difference ambignity resolution demostration)。更详细产品的具体情况可以参考产品播发网址(http://products.igs-ip.net/)和IGS相关介绍的网址(http://www.igs.org/rts/products)。

本文采用的车载实时动态PPP系统结构如图 1所示。系统包括即天线和接收机、计算终端以及实时服务3个部分。天线和接收机部分用于接收天线信号并得到测量值以字节码的方式传输到计算终端。计算终端对观测值字节码进行解码，得到用于定位的相位和伪距观测值。同时，计算终端接收RTS部分的广播星历和改正数的RTCM(radio technical commission for maritime serviles)电文，进行解码后将改正数修正到广播星历中的轨道和卫星钟信息，并得到观测值时刻的卫星位置和卫星钟差，进而进行实时PPP的处理。

图 1(Figure 1)

图 1 实时车载动态PPP系统结构图 Figure 1 Real-time PPP System of In-vehicle

测试时，将天线安置于车顶，并连接到车中的接收机上，然后与便携式计算机连接。便携式计算机通过无线网络和NTRIP协议接收广播星历以及RTS的改正数。

为测试实时动态PPP的精度，进行车载实时动态PPP野外测试。所采用的天线为诺瓦泰GPS-702-GG，接收机为诺瓦泰FlexPak6，便携式计算机采用树莓派3，测试的地点为位于加拿大卡尔加里的艾伯塔省儿童医院附近，测试地点开阔，遮挡较少。测试的时间为2017年6月13日UTC 16:20至18:20 (当地时间上午10:20至12:20), 采样率为1 s，为对比实时PPP的精度，将距离测试地点3 km左右的一个IGS连续运行跟踪站UCAL作为实时动态测量(real-time kinematic, RTK)的参考站，其结果作为实时PPP定位结果的参考值。测试中，首先前80 min保持车辆静止等待其收敛，接着40 min启动车辆，并绕儿童医院运行，运行期间的车辆速度约为50 km/h。图 2为车辆运行的轨迹。

图 2(Figure 2)

图 2 车载实时动态PPP实验轨迹图 Figure 2 Trajectory of the Real-time PPP Experiment of In-vehicle

进行实时定位实验时采用IGS03产品对广播星历的轨道和钟差进行修正，PPP设置如表 1。定位坐标收敛曲线如图 3所示。从图 3中可以看出，水平方向上大约30 min(1 800历元)可以收敛至20 cm，1 h 6 min(4 000历元)后，收敛至5 cm以内。相比之下，垂直方向精度略差，1 h 6 min后，垂直方向的精度稳定在10 cm以内。直线时刻为车辆开始运行时刻，车辆运行前后，定位误差没有明显变化，说明收敛以后实时动态定位的精度在动态和静态下基本相当。需要注意的是，1 h 28 min后，坐标精度出现抖动现象。这是因为从这一时刻后，车辆驶入道路的开阔性不太好，当某个卫星信号出现遮挡时，会导致观测值变少以及模糊度重收敛，进而影响定位精度。

表 1(Table 1)

表 1 实时动态PPP设置 Table 1 Settings of Real-time PPP

表 1 实时动态PPP设置 Table 1 Settings of Real-time PPP 选项 设置 星座 GPS 组合模式 无电离层组合 定位模式 动态 频率 L1、L2 采样率 1s 截至高度角 7° 静力学延迟 GPT模型 湿延迟 估计(随机游走) 对流层投影函数 GMF 相位缠绕 修正 相对论效应 IS-GPS-200 相位中心改正 采用igs14.atx修正 接收机坐标 估计

图 3(Figure 3)

图 3 车载实时动态PPP实验坐标收敛曲线 Figure 3 Convergence Curves of the Real-time PPP Experimentof In-vehicle

为了进一步验证其他实时服务产品用于实时动态实时PPP的精度，采用另外6个RTS产品进行事后模拟实时计算。动态运行期间的定位精度统计结果如表 2。由表 2中可以看出，所有产品进行动态定位的平均精度北方向为4.0 cm, 东方向为5.7 cm，水平方向平均精度为7.3 cm。除CLK15的东方向外，所有产品在东方向和北方向定位精度均在10 cm以内。所有产品北方向定位精度优于5 cm。表现最好的产品为CLK90，其水平方向的精度约为3 cm。相比之下，各产品在北方向略优于东方向，水平方向精度优于垂直方向精度。除CLK15和CLK22外，其他产品的垂直精度优于20 cm。总之，采用实时RTS产品用于车载实时动态PPP定位的精度满足实时定位的需求。

表 2(Table 2)

表 2 车载实时动态PPP定位精度统计图/cm Table 2 Accuracy of the Real-time PPP Experiment for Vehicle/cm

表 2 车载实时动态PPP定位精度统计图/cm Table 2 Accuracy of the Real-time PPP Experiment for Vehicle/cm 产品名称 N方向 E方向 U方向 水平方向 IGS01 4.4 9.0 17.5 10.0 IGS03 3.3 5.4 17.3 6.3 CLK01 4.9 1.5 4.3 5.1 CLK15 5.1 13.0 24.9 14.0 CLK22 2.9 5.6 27.4 6.3 CLK52 2.9 6.4 18.9 7.0 CLK70 5.1 4.5 20.9 6.8 CLK81 5.7 3.8 17.6 6.9 CLK90 2.0 2.5 18.7 3.2 平均值 4.0 5.7 18.6 7.3

对于实时车载PPP用户而言，收敛时间是一个非常重要的指标^{[4, 11, 14]}。影响收敛时间的因素一般有接收机类型、测站地理位置、卫星PDOP值、卫星轨道精度和卫星钟差精度。这些因素中，纬度差异及PDOP值对收敛时间影响较其他因素更为显著。本文只讨论不同分析中心精密产品所导致的收敛时间差异。相关研究^[4]表明，采用IGS最终星历进行PPP收敛试验，北方向收敛速度最快，其次是东方向，垂直方向不仅收敛时间慢，并且精度最差。在68.3%的置信区间下，尽管3个方向在5 min以内都可以收敛到dm级，不过收敛到10 cm以内，北方向需要10 min，东方向和垂直方向则需要约40 min。类似的，在95.4%的置信区间下，水平方向收敛到dm级需要5 min，而垂直方向只能收敛到1.2 m。实时服务产品相对于事后最终星历，收敛时间表现略长，且精度略差。对于采用实时RTS的实时PPP而言，文献[14]采用全球26个站对不同实时服务产品进行定位收敛时间分析。对于9个分析产品而言，以水平方向收敛到25 cm，垂直方向收敛到50 cm为标准，最大收敛时间从450 min到607 min不等，最少收敛时间从4 min到15 min。不同产品收敛时间的中位数也有一定差异，收敛时间分别从47 min到65 min。尽管不同分析中心的收敛时间有一些差异，但是整体而言，这些产品的收敛时间是近似的。

车载实时定位应用与大地测量应用不同。大地测量应用通常进行长时间观测以取得高精度的位置信息，而车载实时定位则更多以短时导航定位为主。因此，短时间的定位精度对于车载动态定位精度更为重要。研究表明^[14]，对于9个分析中心产品而言，1 h定位精度在北方向从7 cm到12 cm，东方向定位精度从18 cm到27 cm，垂直方向上，定位精度范围是16 cm到22 cm。组合产品中，IGS03的短时定位精度略优于IGS01，而各分析中心产品中，CLK90的定位精度略优于其他分析中心产品。

利用实时服务产品进行动态定位，其定位精度取决于实时产品的卫星轨道和钟差精度。已有的研究表明^[14]，对于组合的实时服务产品，IGS03的实时卫星钟精度为2.3 cm，信号空间距离误差(signal in space range error, SISRE)为2.6 cm，优于IGS01的实时轨道和卫星钟精度。同时，IGS站静态观测数据进行动态定位时，采用IGS03的定位精度优于IGS01。因此，使用组合实时服务产品时，建议采用IGS03产品进行实时动态定位。在7种分析中心的产品中，CLK90的实时卫星钟精度为1.9 cm，信号空间距离误差为1.3 cm，优于其他分析中心产品。同时，IGS站静态观测数据进行动态定位时，采用CLK90的定位精度优于其他分析中心产品。因此，当使用分析中心的实时服务产品时，推荐使用CLK90进行实时动态定位。

为检验利用IGS实时服务(RTS)产品进行实时动态PPP的精度，进行了车载实时动态PPP实验。实验结果表明，进行实时动态PPP进行定位时，首先需要一段时间进行收敛，收敛以后车辆保持移动时，动态PPP定位精度与车辆静止时无明显变化。由于路边建筑或树木的遮挡，坐标精度会出现抖动情况。采用IGS01、IGS03、CLK15、CLK22、CLK52、CLK81和CLK90的定位精度相当，垂直精度大多在20 cm以内，水平精度大多由于5 cm。表明采用IGS实时服务(RTS)进行车载实时动态PPP定位可以达到较高的定位精度，满足车载定位的需求。比较分析表明，推荐采用IGS03和CLK90进行实时动态定位。