基于DCB改正的BDS/GPS/Galileo多频单点定位精度分析

为了实现多频数据融合处理并有效抑制伪距硬件延迟对定位精度的影响,推导了多频标准单点定位的数学模型,给出了多系统双频/三频观测值组合情况下的DCB改正方法,并以5个MGEX监测站连续7 d的实测三频数据进行验证.结果表明,DCB改正后,BDS,GPS,Galileo系统观测值残差的标准差分别减小了74. 3%,66. 1%和71. 2%;单BDS三频单点定位点位精度提高74. 6%;单BDS双频单点定位与三频单点定位精度相当;相比于单BDS,BDS/GPS及BDS/GPS/Galileo组合单点定位精度分别提高了18. 9%和24. 6%,取得了三维3. 640和3. 385 m的定位精度.     

一种新的多因子约束下的NWP反演ZTD残差改正模型

对流层延迟是GNSS定位的主要误差源之一,利用NWP模型的气象数据积分反演ZTD是当前研究热点.然而,采用两大气象预报中心(ECMWF和NCEP)的再分析资料反演ZTD的残差一般在±60 mm之间浮动,预报资料反演的ZTD的精度更差,都不能直接用于精密定位.一般是先将此反演的ZTD作为初值,设定先验方差,将残差作为未知参数求解.NWP反演的ZTD的精度,将直接影响对流层和模糊度参数在滤波过程中收敛速度.前人的研究表明,NWP反演ZTD的残差大小与测站所在纬度相关,利用纬度与残差的相关函数可提高NWP反演ZTD的精度,但效果并不明显.针对以上问题,比较ECMWF和NCEP再分析资料反演ZTD的精度,然后分析精度较高的ECMWF资料反演的ZTD的残差随温度、湿度、纬度、季节等因子变化的规律,并结合基于最小绝对残差法的多项式拟合方法拟合残差,提出一种新的多因子约束下的NWP反演ZTD的残差改正模型,从而提高NWP反演ZTD的精度.为验证模型的性能,以133个IGS站高精度ZTD为参考,拟合2015年ECMWF反演ZTD的残差,构建残差改正模型,并利用此模型改正2016年ECMWF反演的ZTD.实验结果表明：在纬度高于15°的地区,NWP反演的ZTD的平均残差和均方根误差比使用模型前分别减小了86.9%和36.3%.另外,对于较低纬度地区,此残差改正模型的效果不明显.     

旋转天线法确定天线相位中心偏差

结合测量值单差计算与kalmen滤波原理,实验测量过程中采用一机双天线型号接收机可完全消除接收机钟差,改进传统GPS天线相位中心偏差的数学模型,可计算出多路径误差并进行消除,然后以旋转天线法进行测量实验,可以对基线值进行改正并精确的计算出天线相位中心水平偏差值.通过实例验证,该文提出的方法可以准确给出天线相位中心水平偏差值及基线值,结果的精度高于传统方法,且精度是符合GPS高精度测量的要求.     

GPS/BDS精密高频卫星钟差计算及应用

为了获得高采样率的GPS/BDS卫星钟差,对基于相位历元间差分的精密钟差加密方法进行了改进,并利用IGS MGEX观测站数据和GFZ提供的5 min采样率卫星钟差生成30 s采样率的GPS/BDS卫星钟差.分析结果表明:与GFZ提供的30 s采样率的精密钟差相比,二者差异在10 ps以内,且测站数量对钟差结果的影响不大;加密得到的30 s钟差与5 min钟差的Allan方差保持高度一致;移动历元动态PPP证实加密钟差并未损失原始钟差的精度.动态PPP统计结果表明加密后的钟差大大缩短了PPP收敛时间,并提高了定位精度.该方法计算效率高,可应用于更高采样率的卫星钟差估计中.     

基于分区综合改正数的北斗卫星导航系统和GPS 组合的动态精密单点定位

提出一种基于分区综合改正数的北斗卫星导航系统(BDS)和GPS双系统组合(BDS/GPS)动态精密单点定位(PPP)模型。选取15个MGEX(multi-GNSS experiment)测站作为参考站或用户站进行试验,统计分析了20 d的BDS/GPS动态精密单点定位的精度及收敛性。结果表明,BDS双频动态精密单点定位平均13 min收敛至三维定位误差小于1m,平均平面精度和平均高程精度分别优于0.15 m和0.30 m;BDS/GPS双频动态精密单点定位平均3 min收敛至三维定位误差小于1 m,平均平面精度和平均高程精度分别优于0.07 m和0.15 m。     

基于TGD/DCB改正的BDS多频单点定位精度分析

文章研究不同频点的无电离层组合模型中时间群延迟(time group delay, TGD)和差分码偏差(differential code bias, DCB)对定位结果影响的差异,给出了北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)双频/三频无电离层组合TGD和DCB改正模型,利用IGS测站数据进行标准单点定位(standard point positioning, SPP)和精密单点定位(precise point positioning, PPP)实验。实验结果表明:对于SPP,定位精度平面方向小于5 m,U方向小于10 m,定位精度提升显著且精度改正为m级,经模型改正的平面方向精度提升大于70%,U方向精度提升大于28%,其中DCB改正效果略优于TGD改正;对于PPP,经模型改正后的定位精度提升并不明显,但加快了滤波的收敛速度;对于PPP,在未经模型改正的情况下,接收机钟差和模糊度参数吸收了绝大部分的误差改正,而对流层延迟参数受到的影响较小。     

误差模型对精密单点定位精度影响的研究

精密单点定位(PPP)对观测数据质量要求较高,且必须对各类误差进行精确的修正。为明确误差模型对定位精度的影响,更精确地实现PPP,在无电离层观测模型基础上,选取6个MGEX测站,采用全球分析中心提供的精密星历和RTKLIB对流层模型,实现事后PPP解算,评估解算后的收敛曲线和定位误差。结果表明:可见卫星超过6颗、DOP值小于3,MGEX测站数据质量较优;统计东、北、天定位精度平均值,对比IGS和JPL精密星历,在静态PPP中,两种精密星历对应的定位精度分别相差0.18%、0.53%、2.31%;在动态PPP中,分别相差6.23%、10.50%、9.91%。在静态PPP中,Saastamoinen模型的平均定位精度分别是2.213、0.209、0.533 cm,Estimate ZTD模型分别是0.553、0.101、0.27 cm,比Saastamoinen模型高300.6%、114.88%、97.22%;在动态PPP中,Saastamoinen模型的平均定位精度分别是36.368、23.683、68.043 cm,Estimate ZTD模型分别是9.243、5.741、14.553 cm,比Saastamoinen模型高293.45%、312.54%、367.54%。     

微波着陆系统波束指向误差仿真分析

为了提高微波着陆系统地面设备的角度引导精度,基于微波线性相控阵天线理论,分析了地面角度引导设备产生相控阵天线波束指向误差的主要原因——数字移相器的量化误差,并进行了不同量化阶数下的舍尾法馈相误差分析及仿真。为了寻求系统精度与设备成本的折衷,在采用四位移相器的条件下比较了随机馈相法与传统的舍尾馈相法的波束指向误差,仿真分析了相位误差均值为零法与适当随机相位量化法对波束指向误差的影响;这两种方法消除了周期性误差峰值,提高了相控阵天线的波束指向精度,其中适当随机相位量化法效果更佳;说明了采用随机馈相法能够有效减小因数字式移相器相位量化误差导致的波束指向误差,使系统精度明显提高。     

BDS、GPS及其组合系统伪距单点定位精度分析

为研究北斗卫星导航系统(BDS)和BDS/GPS组合系统的定位性能,根据实测数据对比分析了GPS、BDS及BDS/GPS组合系统的可见卫星数、空间位置精度因子(PDOP)和伪距定位结果,以及BDS地球静止轨道(GEO)和中圆轨道/倾斜轨道(MEO/IGSO)卫星的定位结果;针对BDS与GPS观测值之间的精度差异,分别采用等权模型、高度角模型和Helmert模型研究组合系统的最优随机模型。研究表明:组合系统卫星的空间几何分布优于单系统;BDS定位的平面精度低于GPS,高程精度高于GPS,而BDS/GPS组合系统平面和三维精度高于单个系统;Helmert验后估计模型能够提高BDS/GPS组合定位的高程和三维定位精度。     

一种基于频差补偿的相位谱时延估计方法

针对影响射频窄带信号时延估计精度的3个主要因素：中频偏差、信号带宽及信噪比,提出了一种基于频差补偿的相位谱时延估计方法.其采用平方倍频法分别估计两路信号的中频,通过频差补偿消除中频偏差对时延估计精度的影响;利用线性调频Z变换（CZT）在有限带宽内增加时延估计的有效点数;并针对相位法自身的特点利用Kalman滤波器优秀的抗噪声特性提高时延估计的精度.理论分析和实验仿真均验证了该方法的有效性.     

自适应两阶段卡尔曼滤波器在传递对准中的应用

研究自适应两阶段卡尔曼滤波器在动基座传递对准中的应用. 利用两阶段卡尔曼滤波器将子惯导的惯性器件偏差分离,从而减小由于系统状态过多而导致的滤波计算量,提高计算实时性. 加入自适应环节,使得随机系统偏差的先验统计特性不准确时也能取得良好的估计效果. 仿真结果表明,在对准模型存在未知的随机系统偏差时,自适应两阶段卡尔曼滤波器能够快速且准确地估计出失准角,符合传递对准在快速性和精度方面的需求.     

江苏省区域电离层模型的建立和精度分析

利用江苏省连续运行卫星定位参考站综合服务系统的双频GPS载波相位观测数据,分别采用曲面拟合法、神经网络方法建立区域电离层模型,并详细分析不同模型的精度.计算结果表明,当基准站间距为200～300 km时,曲面拟合模型的平均外符合精度为0.21 m,神经网络电离层模型的平均外符合精度为0.06 m;基于神经网络电离层模型的单频GPS精密单点定位4 h静态时段解可以达到cm级精度.     

基于BDS/GPS双系统的全球电离层建模

借助当前比较完善的GPS系统,建立基于BDS/GPS双系统的全球电离层模型,是克服BDS单系统建模弊端,提高全球电离层模型和硬件延迟(DCB)监测精度的一种有效途径.本文分析了基于BDS/GPS双系统的电离层模型所能达到的精度,以及GPS观测对DCB监测的辅助作用.文中选用了太阳活动峰年2013年2月11日–2014年1月13日336天的BDS/GPS双系统观测资料,利用15×15阶球谐函数模型建立了全球电离层模型(GIM/SHA),并利用IGS最终电离层产品(GIM/IGS)、双频实测VTEC和海洋测高数据对该双系统模型的电离层产品进行了全面的精度评估.结果表明:(1)通过与三种基准数据比对,GIM/SHA的外符合精度在3–6 tecu范围内,且系统性偏差较小;(2)GPS卫星P1P2频点DCB与IGS最终产品结果比较BIAS在0.1 ns内,RMS最大不超过0.2 ns;(3)通过比较BDS单系统与双系统生成的卫星和接收机B1B2频点DCB发现,两种方法解算的DCB均值差别为0.01–0.227 ns,双系统解算BDS卫星DCB稳定性稍优于单系统结果,但是GPS观测资料的加入能够明显地提高接收机DCB的稳定性;从14颗BDS在轨卫星B1B2频点DCB长期稳定性统计可见,各卫星DCB长期稳定性为0.2–0.3ns,其中GEO卫星稳定性水平稍差.     

精密点定位的基本原理和应用

详细给出精密点定位的观测方程、改正模型、平差模型和算例，根据计算模型建立了计算系统和设计了软件，利用同济大学GPS基准站的观测数据，给出了计算结果．当仅考虑地球自转改正、卫星的天线相位中心偏差改正、相对论改正等影响时，静态解与已知坐标的差异小于12cm，均方根（RMS）小于5cm．     

BDS/GPS双模静态PPP定位精度与收敛性分析

随着仪表引导系统(instrument guidance system,IGS)精密星历实时化计划的推进,全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)精密单点技术已成为精密定位领域的一个热点。文章实现了北斗卫星导航系统/全球定位系统(BeiDou Navigation Satellite System/Global Positioning System,BDS/GPS)双模静态精密单点定位(precise point positioning,PPP)算法,并采用武汉大学发布的15 min精密卫星轨道与5min钟差产品对亚太地区多个测站实测数据进行BDS/GPS单模与双模静态PPP精度与时间收敛性的分析。从亚太地区多个测站的分析结果得出:BDS静态PPP充分收敛后的水平精度优于5cm,且北向精度优于东向,高程精度略差,优于10cm;对于收敛性,水平方向收敛速度快于高程方向,整体上为70~250个历元,BDS静态PPP定位结果逐渐收敛,但是天向存在收敛不充分现象;相对于GPS,目前BDS的PPP精度和收敛性比GPS略差,但充分收敛后目前可实现厘米级的绝对定位;BDS/GPS双模静态PPP收敛性优于单模,定位精度与GPS单模相当。     

存在相位噪声和信道估计偏差影响的空相关MIMO-OFDM系统的性能分析

为了进一步了解相位噪声和信道估计偏差在空相关多输入多输出正交频分复用(MIMO-OFDM)系统中的作用,对存在相位噪声和信道估计偏差影响的空相关MIMO-OFDM系统的性能进行了分析.利用模型表达了空相关MIMO-OFDM系统的复包络信号,推导了在相位噪声和信道估计偏差影响下的空相关MIMO-OFDM系统的有效数据符号的信噪比表达式,给出了在相位噪声和信道估计偏差影响下的空相关MIMO-OFDM系统的差错性能指标.研究表明,理论计算和计算机仿真的空相关MIMO-OFDM系统的差错性能结果在各种不同相位噪声和信道估计偏差影响下都比较吻合.     

约束UKF初始参数对Bouc-Wen模型参数识别的影响

为获得约束UKF初始参数对模型参数识别的影响规律,针对Bouc-Wen模型给出基于约束UKF在线参数识别方法,通过数值模拟分析初始状态估计均值与协方差、过程噪声协方差、观测噪声协方差等滤波器初始参数对模型参数识别精度与收敛速度的影响,提出相应的参数取值建议.结果表明：在无模型误差的情况下,约束UKF对初始参数的设置具有较好的鲁棒性;适当地增大初始状态估计协方差,减小过程噪声,采用真实系统观测噪声协方差以及减小初始参数值与真实值的偏差,可以有效提高参数识别收敛速度和精度.该研究为基于约束UKF的非线性结构模型在线参数识别方法提供了参考.     

基于多元回归模型的GB-SAR监测误差改正及形变分析

针对基于地基合成孔径雷达(GB-SAR)露天矿边坡监测原始影像干涉相位误差改正不准确导致形变数据精度偏低的关键问题,以马兰庄露天铁矿GB-SAR原始影像为数据源,对原始影像干涉相位误差来源和分布特征进行了分析.提出了利用三重阈值提取PS点和高质量PS点的方法,并基于高质量PS点相位与像元坐标建立了多元回归模型.依据该模型对PS点进行相位改正以获取准确形变相位和单幅影像形变量,并在时间序列上进行叠加分析.研究结果表明,基于多元回归模型的GB-SAR形变监测误差改正方法可以准确改正GB-SAR形变监测误差,提高了形变监测数据的精度.     

基于粒子群算法和平方根平淡卡尔曼滤波的北斗导航系统定位估计算法

为提高北斗定位系统(BDS)的估计精度,克服传统平淡卡尔曼滤波(UKF)算法中可能因状态量协方差矩阵失去正定性而导致滤波器发散的问题,将平方根平淡卡尔曼滤波(SRUKF)算法应用于BDS定位估计.在此基础上,为进一步提高SRUKF算法的性能,引入粒子群优化(PSO)算法,提出基于PSO和SRUKF算法的BDS定位估计(PSO-SRUKF)算法.结果表明,PSO-SRUKF算法可以降低系统噪声和测量噪声特性估计不准确带来的误差,有效提高了BDS定位精度和稳定性.     

采样频率偏移对卫星导航接收机的影响

为避免采样频率偏差给卫星导航接收机带来的符号位滑动、伪随机噪声码相位移动和载波相位偏差等问题，提出了一种改进的频率偏差估计方法．接收机的码跟踪环路以码速作为时间基准，对采样频率实际值与标称值之间的偏差进行跟踪，环路稳定后得到该偏差的估计值，其采样频率的准确度可提高到10^-7量级．将该估计值补偿到载波锁相环中。可减小由采样频率偏差带来的相位误差和多普勒频移偏差，从而使得导航接收机能正确解调信号，进一步提高了输出载波相位的准确度，为实现更高精度的定时和定位提供了可能性．