VRS系统流动端单历元整周模糊度搜索

为了实现VRS系统虚拟参考站和流动端单历元模糊度快速搜索,采用宽巷相位和C码伪距观测值组成联合双差观测方程,用改进LAMBDA方法搜索宽巷载波双差模糊度,并提出双频相位观测值组合模型逐星固定L1和L2双差模糊度,研究结果表明:该方法具有很高成功率和效率,单历元定位精度优于3 cm,该研究实现流动端单历元实时高精度动态定位。     

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。     

MADOCA与MGEX产品定位性能对比分析

文章对比分析了精密全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)轨道和钟差估计系统(Multi-GNSS Advanced Demonstration tool for Orbit and Clock Analysis,MADOCA)产品和多GNSS实验系统(The Multi-GNSS Experiment,MGEX)产品的定位性能。对2020年4月29日选取的4个测站分别下载了MADOCA产品和MGEX产品,使用全球定位系统(Global Positioning System,GPS)、格洛纳斯(GLObal NAvigation Satellite System,GLONASS)、北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)、伽利略卫星导航系统(Galileo satellite navigation system,GALILEO)及准天顶卫星系统(Quasi-Zenith Satellite System,QZSS)的数据进行了标准单点定位(standard point positioning,SPP)、静态精密单点定位(static precise point positioning,PPP-S)及动态精密单点定位(kinematic precise point positioning,PPP-K),并对定位性能进行了分析。SPP定位性能选取不同截止高度角下参与解算的卫星数、位置精度因子(position dilution of precision,PDOP)、定位解算成功率及定位精度4个指标,PPP定位性能选取收敛时间和定位精度2个指标。SPP实验结果表明:定位精度一般在m级到10 m级;随着截止高度角增大,各测站的PDOP值和定位误差均增大,而参与解算的卫星数和解算成功率均减小;与使用MADOCA产品相比,使用MGEX产品的定位表现更加优越。PPP实验结果表明:使用MGEX产品的PPP-S定位精度在5 cm以内,PPP-K定位精度在10 cm以内,且三维位置收敛到20 cm以内的时间均在15 min内;使用MADOCA产品的PPP-S定位精度在10 cm以内,收敛时间在30 min左右,而PPP-K定位精度在30 cm以内,三维位置收敛时间在120 min左右。     

一种应用于GPS/低成本INS组合导航的自适应滤波算法

为了提高在全球卫星定位系统(GPS)接收机导航解更新间隔期间组合导航系统的定位精度,在分析了惯导系统(INS)误差模型的基础上,使用一种对噪声协方差矩阵进行实时自适应估计的算法改进了通常使用的标准Kalman滤波器。采集清华大学内的跑车实测数据,并使用自适应算法进行处理,结果表明:该方法可以有效地提高GPS导航解间隔期间组合导航系统的定位精度,整体定位精度可以提升近10%,在车辆行驶状态变化较大的路径中获得了最高达40%的位置精度提升。该方法易于实时实现,在实际工程实现中具有一定的应用前景。     

基于BDS/GPS组合的短基线相对定位性能分析

基于北斗卫星导航系统/全球定位系统(BeiDou Navigation Satellite System/Global Positioning System,BDS/GPS)组合定位的时空基准统一,文章详细介绍了BDS/GPS定位的函数模型和随机模型。在载波相位相对定位的算法基础上,编写BDS/GPS组合定位程序处理实测BDS/GPS短基线数据,从空间位置精度因子(position dilution of precision,PDOP)、整周模糊度固定以及定位精度等多方面分析BDS/GPS组合定位的性能。结果表明:BDS/GPS组合的PDOP值要小于单个系统的值,而且稳定性好,双系统的观测精度好于单个系统;BDS/GPS组合的短基线相对定位中单历元模糊度固定率高达98%,比GPS、BDS单系统单历元模糊度固定率分别提高了4.3%和21.0%。BDS/GPS组合的短基线定位精度在E、N方向定位结果优于1cm,U方向定位结果优于2cm,比单GPS系统在E、N方向定位精度分别提高25%、4.7%,在U方向定位精度提高12.8%。     

基于iGMAS产品的BDS/GPS组合RTK定位性能分析

随着各国自主导航系统的快速发展,多卫星导航系统组合定位成为当前研究热点,其可弥补单系统在全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)信号遮挡严重区域无法提供连续、可靠的定位服务的不足。文章基于国际全球连续监测评估系统(international GNSS MonitoringAssessment Service,iGMAS)产品,研究分析了中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)与美国全球定位系统(Global Positioning System,GPS)组合实时动态定位(Real-Time Kinematic,RTK)性能。静态实验结果表明,开阔区GPS-RTK定位精度优于BDS、BDS/GPS组合RTK定位结果,封闭区BDS/GPS组合定位性能优于单系统定位精度,BDS定位结果优于GPS;动态实验结果表明,在信号遮挡严重区BDS/GPS组合可持续提供定位服务,但服务的可靠性较低。     

4种全球卫星导航系统实时动态定位效果评估

提出对流层去相关的实时动态定位(RTK)方法,有效降低单历元对流层参数与高程的相关性,实现对流层延迟与高程的有效分离,从而实现毫米级RTK定位.采用上海连续运行参考站(CORS)网的11条长度从23km到90km的基线,比较忽略对流层延迟与估计对流层延迟的单历元最小二乘解、动态卡尔曼滤波与对流层去相关4种RTK方法,重点分析对流层去相关RTK方法分离对流层参数与高程的效果,结果表明,对流层去相关方法在平面与高程方向定位精度均为毫米级,且高程相比平面精度更高.     

BDS多频非组合伪距单点定位方法

针对北斗卫星导航系统多频伪距单点定位研究较少的现状,利用北斗卫星导航系统B1、B2和B3频率伪距观测值,提出了一种基于非组合方式的北斗卫星导航系统多频伪距单点定位方法,将三频伪距观测值作为相互独立的观测值信息进行最小二乘参数估计.采用单历元多频伪距单点定位和多历元多频伪距单点定位的数据处理模式进行用户的单点定位,多历元多频伪距单点定位采用参数消去法消掉接收机钟差,并进行法方程叠加.利用实测数据进行算法实验,结果表明基于非组合方式的北斗卫星导航系统多频伪距单点定位能达到米级至亚米级的定位精度,较北斗卫星导航系统标准定位服务的精度有明显改善.     

MINS/GPS组合导航系统设计与实验

设计了一套MINS/GPS组合导航系统实验样机,可实时输出导航位置、速度和姿态信息。以GPS接收机的秒同步脉冲(PPS)与串口通信协议尾字节作为对齐标志,完成MINS与GPS时间同步;利用GPS的速度信息进行车载实验初始方位角对准,并利用横向约束条件标定惯导与车体间的方位安装误差角;设计了基于虚拟噪声的现场最优标定方法。以上措施均有效提高了系统的精度和可靠性。车载实验结果表明,无GPS辅助时,纯惯性导航在120s时刻满足短时间惯性导航精度要求;组合导航定位精度在30min内与GPS相当。     

MINS/GPS组合导航系统设计与实验

设计了一套MINS/GPS组合导航系统实验样机,可实时输出导航位置、速度和姿态信息。以GPS接收机的秒同步脉冲(PPS)与串口通信协议尾字节作为对齐标志,完成MINS与GPS时间同步;利用GPS的速度信息进行车载实验初始方位角对准,并利用横向约束条件标定惯导与车体间的方位安装误差角;设计了基于虚拟噪声的现场最优标定方法。以上措施均有效提高了系统的精度和可靠性。车载实验结果表明:无GPS辅助时,纯惯性导航在120 s时刻满足短时间惯性导航精度要求;组合导航定位精度在30min内与GPS相当。     

利用零空间约束的GPS双差整周模糊度动态求解

针对非专用全球定位系统(GPS)导航型接收机,利用零空间约束动态求解GPS初始整周模糊度.对单个历元的双差载波相位观测方程进行零空间变换,避免了实时变化的三维位置参数求解;用精度衰减因子(XDOP)准则选取3个独立的双差整周模糊度,并根据GPS干涉仪测姿原理以基线长度来确定整周模糊度的搜索区间,通过基线长度约束进一步使搜索范围大大降低,模糊度最终采用多种检验方法联合确认.用Garmin25导航型单频接收机构成单基线,求解整周模糊度后在2-D平面上求解航向角,与航向参考对照后表明,采用该方法可在多个历元动态解算出整周模糊度,此时计算航姿精度可达到1°.     

相位实时差分技术应用于飞行器交会对接研究

空间飞行器交会对接需要实时高精度地确定两飞行器的相对位置.应用GNSS引导两飞行器交会对接,是GNSS差分原理的一种特殊应用.星载接收机提供的载波相位观测值是高精度定位的基础,但是如何实时可靠地固定相位模糊度仍然是关键技术,提出了一种有效的模糊度实时解算算法,即在宽巷组合的基础上附加选权约束来固定两种不同波长的宽巷模糊度,然后依据组合法直接求解L1和L2相位模糊度整数解.实验结果显示,应用该算法进行模糊度单历元实时解算时,15km以内的短基线,解算成功率大于99%,能满足实时交会对接定位精度的要求.为了验证该算法在空间飞行器对接中的应用,采用仿真的方法模拟了两飞行器逼近和离开的过程,模拟并实时输出星载GNSS观测量.进而应用新算法实时估计两飞行器间相对位置,精度达到厘米级水平.我们的研究不但能进一步完善GNSS相位模糊度解算理论与方法,也可促进GNSS在航空飞行器编队飞行和交会对接等相关领域的应用.     

BDS-3广播星历轨道、钟差精度分析

文章针对北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System, BDS),分析了北斗三号卫星(BDS-3)广播星历的轨道和钟差精度,给出了详细的精度评估方法;选取连续30 d的BDS广播星历数据,以精密星历为参考值从轨道偏差、钟差偏差、空间测距误差、单点定位(single point positioning, SPP)精度等方面对BDS-3广播星历精度进行分析评估。结果表明:BDS-3广播星历钟差精度优于0.686 ns,轨道精度径向优于0.289 m,切向和法向优于3.948 m,明显优于同类型北斗二号卫星(BDS-2);SPP定位精度方面,5个测站上BDS-2/BDS-3组合在E、N、U方向平均分别为0.634、0.714、3.495 m,相比于单BDS-2分别提高了23.2%、47.6%、9.1%。     

机载天文/惯性位置组合导航

为解决机载天文导航系统(CNS)的水平基准约束,实现机载天文/惯性位置组合导航,首先利用捷联惯导系统(SINS)姿态阵将天文观测坐标系下的高度角和方位角转换为导航系下的相应观测角,从而利用高度差法实现机载天文定位;为确保高度通道的可观测性,设计了气压高度表辅助的天文/惯性位置组合导航系统方案,用SINS、CNS及气压高度表冗余量测信息构成量测方程,采用Kalman滤波实现对SINS位置信息的估计。仿真结果表明,由于天文导航具有较好的定位精度,通过采用气压高度表辅助的CNS/SINS位置组合系统,有效消除了陀螺和加速度累积误差,提高了导航系统的整体定位精度。速度和姿态的估计协方差曲线收敛情况表明,位置组合的卡尔曼滤波对速度和姿态的估计也有一定效果。     

非线性基线长度约束在北斗测姿中的应用

针对传统无约束LAMBDA(least-squares ambiguity decorrelation adjustment)算法中整周模糊度求解成功率不高的问题,提出一种利用基线约束的整数最小二乘快速求解整周模糊度的方法,并将其应用到北斗姿态测量系统中.该方法利用基线长度作为先验信息,将无约束的整数最小二乘扩展为非线性约束的最小二乘,并采用正交映射方法求解其约束解;同时在模糊度求解过程中,根据搜索空间的特性,先确定其上下界范围,再对模糊度残差范围限定,减少模糊度搜索过程中的候选解,最后采用迭代增加模糊度空间法和约束最小二乘求解对模糊度候选解筛选.实验采用单频北斗接收机实时数据对该算法的有效性进行验证,结果表明,在单频单历元条件下,该算法有效降低计算量,将姿态角求解成功率提高30%左右.     

北斗三号码观测值评估及定位精度分析

随着北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)完成全球组网，北斗三号(BDS-3)3个新频段观测值和定位精度需要评估。文章选取全球范围20个国际GNSS服务(International GNSS Service, IGS)组织的监测站数据，从信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)、伪距多路径(multipath, MP)误差和伪距定位误差方面综合对比BDS-3的6个频段码观测值数据。结果表明：6个频段的SNR从大到小依次为B2a+b、B3I、B2a、B2b、B1C、B1I;6个频段的伪距MP误差从小到大依次为B2a+b、B2a、B3I、B1C、B2b、B1I;B3I频段观测值定位精度最高，B2a+b、B2a频段定位精度相当，且优于B1C频段；目前接收机跟踪BDS-3新频段的可见卫星数相对较少，独立解算时误差较大，稳定性较差。研究结果可为BDS-3应用和发展提供参考。     

一种改进的北斗导航卫星伪距码偏差建模方法

基于多路径组合观测值分析了中国北斗卫星导航系统存在的伪距码偏差特性。针对现有的伪距码偏差修正模型,提出了一种改进的建模方法。利用历元间单差MP组合观测值对倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)和中轨卫星(MEO)中每颗卫星的伪距码偏差分别进行建模。最后通过HMW组合观测值对各修正模型进行评估,比较和分析了不同修正模型的表现。结果表明:对于北斗IGSO和MEO卫星,改进后的修正模型相比于已有的模型在修正码偏差上平均提升约20%;在部分卫星和高度角上提升程度平均可以达到30%。     

利用单频实时动态定位技术监测小金县春厂坝滑坡

为解决相对定位算法中载波相位模糊度难以被固定的问题,提出一种单历元阻尼LAMBDA算法,从而实现全球卫星导航系统(GNSS)实时动态定位技术。基于BDS/GPS单频实时动态定位核心算法,研发一套北斗智慧云变形监测系统。重点介绍了单历元阻尼LAMBDA算法的实现过程和变形监测系统的工作流程,该系统具有硬件成本低、实时高精度位移监测等功能特点,适用于滑坡预警工作。变形监测系统应用于小金县春厂坝滑坡监测,在连续监测过程中,该系统于2018年2月26日成功预警了滑坡事件。本次滑坡事件没有造成人员和重大经济损伤,监测预警保障了当地居民的生命财产安全。     

北斗导航卫星伪距偏差特性及减弱方法

导航卫星信号的非理想特性会引起伪距测量产生偏差,具体表现为相同类型接收机具有相同伪距偏差,不同类型接收机的伪距偏差不一致.当提供导航定位服务产品的接收机技术状态与用户端不一致时,伪距偏差将引起导航定位服务性能降低.本文利用超短基线双差伪距O?C(Observation Minus Computation)方法计算了BDS(Beidou Satellite Navigation System)的伪距偏差,发现在早期试验卫星阶段的不同状态接收机之间存在较大的伪距偏差现象,设计了接收机环路参数调整、改变抗多径算法和卫星预失真滤波器参数调整三种减弱伪距偏差的方法.分别试验验证结果表明,接收机环路参数调整能大幅降低卫星之间的伪距偏差,B1I各颗卫星伪距偏差标准差由0.63 m降低至0.36 m;抗多径算法会造成额外的伪距偏差,窄相关算法能大幅减小伪距偏差,B1I各颗卫星伪距偏差标准差由0.36 m降低至0.18 m;调整卫星预失真滤波器参数能在一定程度上减小伪距偏差,单颗卫星伪距偏差降低约0.3–0.4 m.最后,针对BDS卫星伪距偏差解算无固定参考基准的问题,设计了一种基于外频标非实时双差O?C方法,利用该方法分别处理了BDS和GPS(Global Positioning System)数据,并对两个系统卫星伪距偏差的特性进行比较分析.结果表明,BDS和GPS卫星都存在伪距偏差;GPS卫星L2C伪距偏差与BDS-3卫星B1C数据支路相当;GPS卫星L1CA伪距偏差与其兼容互操作的BDS-3卫星B1C导频支路相当;L5C与其兼容互操作的BDS-3卫星B2a信号相比伪距偏差更大.     

基于基线约束及递推多历元的改进GNSS定姿技术

在GNSS单频姿态测量技术中,利用单差载波相位和码相位结合模型以及CLAMBDA算法(带有基线约束的最小二乘降相关平差算法)解算整周模糊度可以达到较好的定姿结果,但解算成功率不高。针对这一问题,提出了一种多基线三角形约束的递推多历元方法。三角形基线约束主要针对副基线,利用它可以使CLAMBDA算法得出的整周模糊度更准确。而递推多历元则保证了在此时刻没有解出整周模糊度时仍然可以计算出姿态角,主、副基线都适用。2种方法结合,进一步提高了姿态解算的成功率。对副基线的解算进行了验证,实验证明,这种方法将副基线的成功率提高到99.7%以上。