一种全球导航卫星系统钟差估计优化方案的量化研究

针对卫星钟差解算策略的优化问题,基于全球导航卫星系统数据处理软件BERNESE,设计了卫星估计钟差解算方案。提出"单位时间误差梯度"的概念,量化了解算精密钟差的效率。采用基于不规则三角网的选站法选取参考站,利用历元参数在历元间的独立性,分步解算各类参数。既减少了因大量历元参数存在引起的时间迟滞,又消除了单历元观测离群值对非历元参数估计的影响,从而提高了卫星钟差估计效率。利用国际全球导航卫星系统服务跟踪站作为参考站对以上解算过程进行实验,结果表明估计钟差与该机构精密钟差的符合精度达到0. 1 ns,陆态网精密单点定位动态解最大偏差小于10 cm,能够满足动态定位厘米级的精度要求,为估计钟差时参考站的数量和几何分布的选择提供了参考。     

随机模型在GPS卫星钟差估计中的应用

卫星钟差是影响定位精度的重要误差源之一。针对不同接收机评估其伪距观测精度，选择相应的相位观测方差，构建合理的随机模型。采用56个IGS（International GNSS Service）跟踪站观测数据解算卫星钟差，并进行定位验证。结果表明：基于该方法的钟差估计结果与传统的钟差估计方法的结果在定位精度上改进约为5%。使用IGS卫星钟差，将该随机模型用于定位解算，10个测站中，7个测站收敛时间与定位精度有明显改进，收敛时间相较于传统定权方式的解算结果改进最高可达78%、定位精度改进最高可达86.55%。     

基于局域参考站网络伪距观测的钟差估计及应用

系统地推导了基于局域参考站网络伪距观测进行实时钟差的运算公式,并讨论了以估计得到的钟差进行实时单站定位的数学模型.采用所推导的公式及数学模型,以上海参考站网络和同济大学GPS基准站的伪距观测数据,进行了GPS卫星钟差的实时估计和实时动态单点定位解算.结果表明,单历元伪距观测动态定位结果在北、东、上三个方向的均方根(RMS)值可达到0.444 2,0.522 7,1.110 9m.     

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.     

GPS单历元精密单点定位精度分析

普通精密单点定位主要是针对多历元观测数据,本研究重点关注单历元精密单点定位及其精度分析.在分析GPS单历元观测量误差源基础上,讨论了单历元非差精密单点定位误差;给出了单历元非差精密单点定位的解算流程,对Bjfs、Mizu、Wuhn和Lhaz等4个IGS站1天的实际观测数据分别进行了处理,单历元精密单点定位精度达到了4.5 cm,与GPS RTK结果精度一致.单历元精密单点定位只需一个测站的单一历元观测就可以进行精确定位,而GPS RTK至少需要两台仪器.     

不同卫星星历和钟差对精密单点定位影响研究

为研究不同星历类型和采样率的钟差产品对精密单点定位的影响,本文利用bjfs站2018年5月6日-12日连续一周的观测数据,采用RTKLIB软件分别进行静态PPP和静态模拟动态PPP解算。研究结果表明,不论是静态PPP还是动态PPP,IGS和IGR精密星历定位结果精度相当,IGU星历精度稍差,需要时可以使用IGR星历代替IGS星历。此外,高采样率的钟差产品对静态PPP定位精度的改善并不明显。动态PPP试验中,采用5s和30s采样率钟差产品的定位精度明显优于300s采样率的钟差产品,说明适当提高钟差采样率可以提高动态PPP的定位精度。     

北斗二号系统非核心区域定位精度影响因素分析

北斗二号系统作为一种区域定位系统在其服务核心区域内发挥了越来越重要的作用,对于北斗二号系统非核心区域定位精度影响因素的研究也变得越来越重要。本研究使用GAMIT/GLOBK软件解算由多GNSS实验项目(MGEX)提供的位于北斗二号系统非核心区的17个IGS站数据,研究了不同精密星历以及基线解算策略中的干湿映射函数、观测量选择、卫星高度截止角、对流层天顶延迟估计时间间隔对北斗二号系统在非核心区域定位精度的影响。实验结果表明:北斗二号系统非核心区域定位标准差精度达到分米级;利用GAMIT/GLOBK软件对实验区域北斗数据进行解算时,使用欧洲定轨中心(CODE)提供的精密星历,干湿映射函数采用NMF函数,观测量采用电离层约束求解宽巷模糊度,卫星高度截止角设置为12°,对流层天顶延迟估计时间间隔设置为1h,解算精度较高。制约北斗二号系统非核心区域定位精度的主要原因是非核心区域测站可观测到的北斗二号卫星数太少。研究表明,精密星历、干湿映射函数、观测量选择、卫星高度角设置和对流层天顶延迟估计时间间隔会影响北斗二号系统非核心区的定位精度,通过选择合适的精密星历和基线解算策略能够提高定位精度。     

几种GPS卫星钟差预报方法比较及精度分析

精密单点定位技术在高精度的坐标框架维持、地球动力学研究及区域性或全球性的科学考察及低轨卫星定轨、海陆空间导航等动态应用方面都有不可估量的前景.但是IGS现在还不能提供实时和外推的精密卫星钟差,GPS卫星钟差仍然是实现PPP技术实时应用的瓶颈问题,制约了实时PPP技术的应用.本文分别利用二次多项式模型、灰色模型和线性模型进行了大量卫星钟差资料分析,总结了它们的优点与不足,为GPS卫星钟差预报研究提供借鉴与参考.     

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。     

一种基于位置修正和卡尔曼滤波的姿态角推算算法

在动态载体如汽车、船舶或静态载体如桥梁,房屋的姿态推算中,使用全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)进行载体测向比起使用惯性传感器成本较低,且随时间不会累积误差。针对在多天线基线解算时存在的接收机时钟不同步造成基线解算精度下降,以及载体运动过程中多径和周跳等造成的误差问题,本文提出了一种基于参考天线位置修正的扩展卡尔曼滤波(extended kalman filter,EKF)算法,根据载体移动速度和接收机之间的时钟差对每一历元载体参考天线位置矫正,提高基线解算的精度,从而提高姿态角精度。基线解算采用实时动态定位技术(real time kinematic,RTK),根据接收机给出的载波相位观测量,在参考天线和其他天线之间做双差建立观测方程,求解出基线向量。将得到的多组基线向量利用最小二乘法求解出姿态角。根据实际测试表明,该方法在基线长度不超过1.5米的情况下,静态航向角和俯仰角精度达到0.2°,低动态情况下航向角精度达到0.2°,俯仰角精度达到0.3°。     

基于不同参考框架的GPS卫星天线校验

重新估计了基于不同参考框架的GPS卫星天线PCO(相位中心偏差)和PCV(相位中心变化)参数.计算过程中,通过固定测站天线的PCO和PCV,并将测站坐标强约束至不同的参考框架之下,降低了GPS卫星天线参数和接收机天线参数以及参考框架参数之间的相关性.结果显示,基于不同参考框架的同类型卫星天线PCV差异的平均值为0.726mm;与IGS发布值差异的平均值为0.844mm;基于新公布的IGS14参考框架的GPS卫星天线PCO估计结果与IGS(国际GNSS服务)发布值差异的平均值为-14.4mm,基于IGb08参考框架的卫星天线PCO估计结果与IGS发布值差异的平均值为-16.8 mm.以上结果表明,本措施提高了GPS卫星相位中心PCO/PCV的一致性,从而也能提高GNSS(global navigation satellite system)技术用于框架传递的连续性.     

Yaw attitude of eclipsing GPS satellites and its impact on solutions from precise point positioning

During the period when a GPS satellite, the Earth and the Sun are approximately collinear, the phenomenon of eclipsing the satellite occurs, when the satellite yaw attitude deviates from its nominal case, i.e. the body X-axis cannot point towards the Sun for Block II&IIA or away from it for Block IIR satellites. The yaw attitude of the eclipsing satellites has a significant influence on both the satellite clock estimation at each International GNSS Service (IGS) Analysis Center (AC) and for users of the precise point positioning (PPP) implementations. It is known that, during the eclipsing periods, inconsistent yaw attitude models among the ACs will contribute to the errors of the IGS combined clock products. As for the PPP user, the influence of the eclipsing satellite is two-fold. First, as the satellite clocks are always kept fixed during PPP implementation, the above-mentioned problematic IGS clocks will inevitably be passed on to the PPP estimates. Second, the improper yaw attitude modeling of the eclipsing satellite will cause a correction bias exceeding 1 dm for the two kinds of attitude-related systematic errors, namely the phase wind-up and satellite antenna phase center offset, which will further deteriorate the accuracy of the PPP solutions. A yaw attitude model is introduced in this paper with the aim of improving the reliability of PPP solutions during the satellite eclipsing period.     

实施转发式GNSS欺骗干扰的选星方法研究

在现代电子战的背景下,转发式GNSS欺骗干扰已经成为一种重要的干扰方式,通过研究实施转发式GNSS欺骗干扰的选星方法,可以提高转发式欺骗干扰的干扰能力.基于转发式欺骗干扰的实现原理,提出了一种基于常用GNSS定位选星方法和卫星对位置精度因子（position dilution of precision,PDOP）的贡献值选择被转发卫星的选星方法,基于利用最小二乘算法的伪距绝对定位方法进行仿真,模拟了接收机在静态和动态条件下受到单颗卫星转发式欺骗干扰的情况.仿真结果表明,本文提出的被转发卫星选择算法分别有87.42%和100%的概率给出理论上最优的选星结果.      

GPS接收机的定位误差分析

基于Superstar Ⅱ GPS接收机和MATLAB实验平台,实现了所有星座误差及信道误差的修正.重点分析了卫星钟差、电离层误差、对流层误差、地球自转效应等误差及修正方法.参照IGS精密星历,利用Klobuchar模型,电离层误差修正掉约14 m;利用高度角模型,对流层误差平均修正掉4.05 m;地球旋转效应误差最大修正掉约30 m;卫星钟差修正后不超过3.1 m.实验结果最终定位精度17 m,验证了误差修正方法的正确性,为今后进行的GPS接收机研制工作积累了经验.     

基于精密星历的极区卫星导航系统性能分析

为填补全球四大卫星导航系统在极区无全面性能分析及比对的空白,本文基于精密星历,分别通过航线取点及区域分析的方法,分析了四种GNSS当前星座在极区的可见性及定位精度,并比较了四种GNSS的性能,解决了现有文献中未全面分析四种GNSS、取点分析难以代表极区内整体性能的问题,为极区GNSS的应用和发展提供理论依据。分析结果表明,在不考虑外部电磁环境干扰的条件下,GLONASS的定位精度略低于其余三者,但四种GNSS已经能够较好地覆盖极区,均满足极区定位的基本要求。因此,极区GNSS的研究方向应更侧重于如何消除极区恶劣电磁环境对GNSS的影响。     

DS/CDMA接收机高精度时钟同步及其校准技术

介绍了以卫星导航系统时钟为参考时间基准，通过时间比对的方法，实现对卫星接收机高精度频率源OCXO的时钟同步及校准，成功地解决了卫星导航系统与卫星接收机时钟同步的问题，为卫星导航定位电文解算提供可靠的时序．正确地解算导航电文，以保证后续的位置定位的精度要求．     

构建微型定位导航授时体系,改变PNT格局

 定位导航授时(PNT)是关乎国家战略的军民两用技术。传统的卫星导航系统易受干扰和遮挡, 惯性导航存在误差积累问题, 其提供的PNT 服务均存在固有缺陷。以MEMS 技术为基础的芯片原子钟和微惯性测量组合, 与卫星导航技术相结合, 形成微型定位导航授时单元。微型定位导航授时单元以精确的芯片原子钟为时钟基础, 发播定位导航授时信号, 搭建PNT 网络。微型定位导航授时单元可以由微纳卫星、无人机等载体携带, 数量可选、布局能控、组网灵活, 克服了传统PNT 存在的问题, 改变PNT 格局。     

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.     

Contribution of the Compass satellite navigation system to global PNT users

As one of the four global satellite navigation systems,Compass not only enhances satellite visibility and availability for positioning,navigation and timing (PNT) for users in China and the surrounding areas,but also improves PNT precision for global users.The improvements in satellite visibility and the dilution of precision are analyzed under GNSS compatibility and interoperation conditions.The contribution of the Compass satellite navigation system to global users,especially the benefits that users can a...     

一种基于伪距的RDSS/SINS组合导航系统

基于北斗双星定位系统(RDSS)采用有源定位体制存在一定的局限性，在接收机能够测量用户至卫星的伪距信号以及在气压高度表辅助的前提下，提出了利用铷钟作为接收机内部时钟的RDSS与捷联惯导进行伪距组合的模型，建立其卡尔曼滤波的状态方程与量测方程．仿真结果表明，组合后的导航系统具有输出导航参数误差小的特点．