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.     

复杂环境下的GPS/BDS/GLONASS结合的单频RTK定位性能研究

为考察GPS/BDS/GLONASS结合的单频RTK定位模式在复杂城市环境下的定位优势,该文在香港采集一个参考站和7个流动站的GNSS数据,通过LAMBDA模糊度搜索方法和R-ratio检验得到单系统、双系统、多系统GNSS单频RTK的定位精度,分析在复杂观测环境下不同系统单频RTK定位性能.结果表明：1)在良好的观测条件下,多系统定位精度最高,双系统次之,单系统最差,都能达到厘米级的定位精度;2)在复杂环境下,部分单系统单频RTK很难实现双差定位,总体上双系统比单系统定位精度高,GLONAS＋BDS的定位精度最差,但都难以实现高精度定位;3)多系统单频RTK可定位精度最高,可用于高精度的城市导航定位;4)观测环境与GNSS单频RTK定位精度具有明显的相关性.     

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。     

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%。     

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。     

“北斗卫星导航系统数据分析与应用”专题·前言

<正>北斗卫星导航系统(BDS)是我国自主建立的全球卫星导航系统(GNSS),它是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第3个成熟的卫星导航系统,与GPS,GLONASS以及欧洲正在建设的Galileo系统一起形成了未来一段时间内4个主要的全球卫星导航系统,已被联合国卫星导航委员会认定为供应商.BDS自2012年12月26日开始向我国及周边地区提供服务,定位精度为10 m,测速精度为0.2 m/s,     

相位平滑伪距辅助GNSS三频非差数据实时周跳探测与修复

针对目前几乎所有三频周跳探测与修复方法都会受到伪距噪声和多路径效应影响的问题,提出了采用相位平滑伪距方法来辅助三频周跳探测与修复.采用GPS/QZSS和BDS实测三频数据对该方法进行了验证.结果表明:该方法可大幅削弱伪距噪声和多路径效应对周跳修复的影响,提高周跳确定成功率.经过相位平滑伪距后,周跳浮点值与真值之间的均方根(RMS)误差,对于GPS/QZSS三个频点L1,L2,L5平均分别降低40.389%、40.758%和40.023%,对于BDS三个频点B1,B2,B3平均分别降低12.083%、14.290%和18.781%.     

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。     

区域伪卫星增强GPS精密定位试验研究

针对GPS在城市高楼密集区、矿山以及深山峡谷等区域,所跟踪的可见星数目少和几何分布不佳导致定位精度下降以及GPS在垂直方向定位精度较差等问题,提出伪卫星增强GPS定位方法,利用GPS和伪卫星组合观测量,提高区域定位精度。从伪卫星和GPS组合模型入手,重点研究伪卫星多路径效应误差的估算方法。实测数据进行处理与分析的结果表明,所提出的方法能有效地减弱伪卫星多路径效应产生的误差,提高系统的定位精度,特别是垂直方向的精度。     

基于RTK模式的应用GPS Ⅲ和Galileo模糊度算法分析

在介绍三频法确定主频率模糊度的基础上，针对RTK工作模式，采用GPS、Galileo和GPS／Galileo系统，在不同基线长度下，分别利用三频法和两频法从确定模糊度的时间、正确率以及定位精度等方面进行分析，总结了不同情况下如何采用导航系统和定位模式，以保证定位精度和可靠性。     

基于小波包分解重构算法的北斗抗多路径误差

针对北斗卫星导航系统（BDS）特有的多星座设计而形成的复杂多路径误差问题，本文提出了一种基于小波包（WPT）分解重构原理的抗多路径误差算法，来提高BDS定位精度。首先，将原始信号进行多层小波包分解，得到多个子频带，并根据各子频带和原信号的互相关系数大小，将其划分成噪声频带、混合频带和信息频带等；其次，舍弃噪声频带，保留有效成分集中的信息频带，并对混合频带进行软阈值滤波处理；最终，将滤波后得到的“干净”数据与信息频带进行重构，从而实现削弱BDS多路径误差的目的。通过数值仿真和实测实验分别验证所提算法的有效性，实验结果表明，采用WPT算法对BDS实测数据进行处理后，N、E、U三个方向精度分别提升77%、78%、83%，有效削弱了多路径误差对BDS定位精度的影响，研究结果对BDS高精度定位具有重要参考价值。     

北斗二号/三号融合的分米级星基增强算法与性能分析

北斗卫星导航系统星基增强服务通过地球静止卫星向用户播发等效钟差、轨道改正数、电离层格网改正数和分区综合改正数等四重广域差分改正数,用户在此基础上利用载波相位观测值实现实时分米级的定位性能.本文介绍了分米级星基增强服务的参数匹配算法以及单频、双频用户精密定位模型.将系统播发的四重差分改正数应用于北斗二号与三号融合的精密单点定位,分析了不同频点及定位模型的系统精密定位服务性能.18个测站7 d的结果表明:北斗二号/三号融合的星基增强服务双频组合动态精密单点定位平均12.42 min收敛至0.5 m以内,收敛后的平均定位精度为平面0.15 m,高程0.2 m;相比仅使用北斗二号系统,不同定位模型收敛时间平均缩短了56.7%;而基于非差非组合的分区定位收敛速度更快,并且能达到与无电离层组合模型相同的精度水平.使用北斗电离层格网信息改正的单频动态定位PPP平均11.74 min收敛至0.8 m以内,收敛后的平均定位精度为平面0.2 m,高程0.3 m;相比使用广播星历电离层模型改正的结果,静态和动态定位平均收敛时间分别缩减了21.4%和25.2%.     

北斗星基增强系统性能提升初步评估

介绍了北斗星基增强系统及广域差分改正数算法.采用10个测站6d的相位平滑伪距和相位观测数据,初步评估了北斗星基增强系统性能提升后的用户定位性能.结果表明:用户相位平滑伪距增强定位精度在东、北和天顶3个方向上分别达到0.3m、0.4m和0.8m,相对于普通导航平均三维提高了53%;基于精密单点定位技术的用户相位增强定位坐标平均在7min内收敛到1m以内,收敛之后水平坐标精度能达到0.1m,高程坐标精度能达到0.2m,两项指标都优于基于外部后处理精密轨道钟差的精密单点定位结果.     

北斗单系统及多全球导航卫星系统组合极区定位性能

为了评估北斗单系统(BeiDou satellite navigation system,BDS)及多全球导航卫星系统(global navigation satellite sys-tem,GNSS)在极区环境下的导航定位性能,从可见卫星数、位置精度因子、定位精度和高度角变化等多个性能指标对南北极四个测站进行分析.首先介绍了多GNSS的位置精度因子计算模型,然后利用开普勒轨道参数仿真各卫星导航系统数据,详细分析了北斗单系统、北斗双系统以及四系统的性能.仿真结果表明,双系统和四系统能够显著增加可见星数和降低位置精度因子值,从而提高定位精度.四个测站中中山站可见卫星数最多,且各方面性能指标最优,高纬度区域昆仑站性能最差.此外,BDS/GLONASS格洛纳斯组合可以显著增加高仰角卫星,能够改善极区定位性能.     

北斗三号系统互操作实现与性能分析

针对当前国际卫星导航应用从单一GPS时代发展到多GNSS(全球卫星导航系统)时代带来的新趋势和新要求,本文从星座互操作、信号互操作、时间互操作和坐标互操作四个方面开展北斗三号系统与其他GNSS系统间的互操作设计.在星座设计方面,北斗三号的星座轨道高度与倾角设计与GPS,GLONASS和Galileo三大系统的星座充分互补,全球导航卫星PDOP平均可提升37.9%;在信号体制方面,北斗三号通过相同频率相似频谱设计实现与其他系统的互操作,并签署了兼容与互操作协议,可确保用户在不改变硬件设计的情况下同时使用各大系统导航服务;在时间基准与坐标基准方面,北斗三号系统建立与维持了与国际上高度一致的基准体系,实现与国际UTC,GLNT等时差偏差保持在50 ns以内,并与国际ITRF 2014坐标参数精度保持一致.因此,北斗三号系统通过四个方面的努力,实现了与其他GNSS的互操作,可联合美俄等全球卫星导航系统为全球用户提供更优质的服务.     

GNSS导航电文空间信号测距误差分析

空间信号测距误差(Signal-In-Space Range Error,SISRE)描述卫星广播星历误差和钟差参数误差在用户平均星站方向的投影,是影响用户定位授时精度的关键因素.本文以事后精密轨道和钟差参数为基准,分别评估Galileo,GPS和BDS-3卫星的广播星历轨道用户测距误差(User Range Error,URE)、钟差参数误差、SISRE的大小和特征.结果表明,Galileo,GPS,BDS-3的SISRE分别为0.14,0.49,0.35 m.三者的广播星历轨道URE分别为0.14,0.27,0.09 m.三者的钟差参数误差分别为0.14,0.41,0.35 m.Galileo广播星历径向轨道误差和钟差参数误差之间具有很强的相关性.两者相互抵消,可有效降低Galileo卫星的SISRE.不同类型GPS卫星的钟差参数误差和SISRE有明显区别.随着GPS卫星的更新换代,其钟差参数误差和SISRE会逐步降低.BDS-3卫星具备与GPS和Galileo卫星显著不同的特征:(1)BDS-3卫星广播星历轨道径向误差和钟差参数误差的相关性较小,自洽性较差;(2)BDS-3卫星广播星历轨道URE较小,而钟差参数误差较大.其中,BDS-3卫星的广播星历轨道URE小于Galileo和GPS,但是其钟差参数误差对SISRE的贡献显著大于Galileo和GPS.通过比对上述卫星的SISRE大小及特征,指出提高钟差参数精度是提高BDS-3卫星空间信号精度的关键.     

基于RTK模式的应用GPS III和Galileo模糊度算法分析

在介绍三频法确定主频率模糊度的基础上,针对RTK工作模式,采用GPS、Galileo和GPS/Gali-leo系统,在不同基线长度下,分别利用三频法和两频法从确定模糊度的时间、正确率以及定位精度等方面进行分析,总结了不同情况下如何采用导航系统和定位模式,以保证定位精度和可靠性。     

我国全球卫星导航信号设计研究

我国全球卫星导航信号应具有较大的信号带宽,其公开导航信号可与GPS,Galileo和GLONASS公开导航信号实现互操作,授权导航信号可与GPS和Galileo授权导航信号实现射频兼容共存,互不影响性能.设置导频信号以利于接收机捕获、跟踪,提高测量精度.全球卫星导航信号还应具有抗干扰,防欺骗能力.提出了一种关于我国全球卫星导航信号结构的方案.     

应用遗传算法的多星座保护级别优化方法

增强型接收机自主完好性监测算法（ARAIM）能够在精密进近段为飞行器提供完好性保护。针对提高ARAIM算法在中国地区可用性的优化问题,提出一种基于遗传算法的垂直方向保护级别（VPL）优化方法。该方法在理论层面对VPL方程进行推导,将最大值函数最小化问题转化为目标规划求最优问题,利用遗传算法的寻优特性避免了优化中奇异点的出现,通过优化分配连续性风险和完好性风险,实现了对VPL值的优化。为了验证该优化方法的有效性,利用跟踪站采集到的GPS、GLONASS和BDS 3个导航系统播报的真实卫星星历数据,对VPL值进行了分析,分析结果表明该方法的平均优化率达到9.9%。