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。     

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.     

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.     

单双频GPS混合观测高精度单频精密单点定位

精密单点定位不受局域观测和设施影响,有利于形变监测.为降低电离层延迟对单频精密单点定位结果的影响,提出了单双频混合观测的方法.但单频精密单点定位仍受相位非小数偏差影响,为此提出采用双差模糊度应用于单频精密单点定位.观测数据解算结果表明,电离层延迟精度优于1 cm,满足单频精密单点高精度定位的要求,对应的单频精密单点定位...     

利用精密星历进行伪距单点定位的精度研究

本文首先给出了GPS伪距单点定位的几种主要误差的改正模型:电离层延迟、对流层延迟、地球自转改正、相对论效应改正等,然后采用双频伪距改正电离层延迟影响并利用IGS精密星历,通过算例来分析双频P码伪距单点定位的精度。     

单频精密单点定位中基于卡尔曼滤波的、自适应导航算法

提出一种应用于单频精密单点定位的动态实时导航算法,该方法利用卡尔曼滤波对载波相位等观测量进行实时处理,无需静态初始化并能达到较高的定位精度。通过改进基于新息自适应的卡尔曼滤波,提高导航算法在动态环境下的稳定性与定位精度。针对单频定位中的电离层修正问题,通过建立映射模型,将电离层影响作为待估计量进行滤波。在可见星数不小于...     

利用CORS进行格网化电离层TEC实时监测

为了实现对区域电离层的实时监测,利用连续运行参考站观测到的双频GPS数据提取电离层总电子含量(TEC)信息.根据卫星和接收机硬件延迟在一定时间内比较稳定的特点,利用前一天计算的硬件延迟值来修正当日卫星传播路径上的总电子含量值,从而获得实时的电离层总电子含量.由此建立单历元多站多项式模型,结果表明:当基站间距离平均约为250 km时,由7个基站共同建立的实时模型内外符合精度平均优于0.8 TECU(1TECU=1016电子数/m2),将实时模型计算的电离层延迟改正信息应用于静态单频PPP定位中,点位精度能够达到0.3~0.4m,与不进行电离层延迟改正的单频PPP定位结果相比提高80%左右.因此,进一步结合格网技术,可以实现区域电离层总电子含量的实时监测.     

利用GPS双频观测值实现PPP电离层延迟高阶项改正

给出了利用双频观测值计算L3组合电离层延迟高阶项改正的方法,并与全球电离层延迟文件的改正效果进行对比.利用赤道附近的15个国际全球卫星导航定位系统服务组织(IGS)站的数据进行比较,结果表明:2种方法计算的电离层二阶项延迟互差最大不超过1 cm,三阶项延迟互差最大不超过5 mm;电离层高阶项改正后的观测值精密单点定位(PPP)解算结果N、E、U方向互差平均值分别为0.4、0.5、1.0mm,因此2种改正方法效果在同一水平.     

北斗全球卫星导航系统专题·编者按

北斗三号全球卫星导航系统于2020年6月23日和7月31日分别完成全球星座部署和正式开通服务公告,这标志着北斗从无到有、从有到优、从区域到全球的“三步走”发展战略圆满完成.北斗三号全球卫星导航系统空间段由24颗中圆地球轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星共30颗卫星组成,具备导航定位和通信数传两大功能,可提供定位导航授时、全球短报文通信、区域短报文通信、国际搜救、星基增强、地基增强、精密单点定位共7类服务,全球范围定位精度优于10 m、测速精度优于0.2 m/s、授时精度优于20 ns、服务可用性优于99%,亚太地区性能更优.     

分米级相位增强信号播发系统技术

课题紧密围绕项目的总体目标,面向全国范围高精度定位服务的需求,突破以北斗为核心的分米级星基相位增强技术,构建覆盖全国区域的服务试验系统,并实现星基卫星通信网向用户播发,播发延迟不大于6 s,探索与美国WAAS/欧洲EGNOS等系统共用的全球覆盖技术标准。该报告介绍了课题的总体进展情况,总结了2013年所完成的工作情况,对每项研究内容所取得的进展进行了详细介绍。报告也对存在的问题以及下一步计划进行了介绍。     

北斗三号GEO卫星的RDSS定轨精度分析

有源服务模式RDSS(Radio Determination Satellite Service)所具备的通信、导航一体化特性是我国北斗卫星导航系统的重要特色之一.为进一步提高RDSS的通信服务能力,并保障RDSS服务系统的健壮性,北斗三号RDSS服务从系统架构到信号体制都进行了很大改进.本文首先分析了新的信号体制下,RDSS测距在测量模型和观测噪声等方面的误差特性,并比较了其与原有信号体制的不同.为了避免在RNSS(Radio Navigation Satellite Service)载荷故障时RDSS不能正常提供导航服务的情况发生,RDSS系统需要能够仅利用RDSS测距完成GEO测轨,以此作为原有RNSS测轨的备份保障.文章进一步分析了这种情况下,仅利用RDSS测距进行GEO定轨的精度.通过实测数据分析,我们发现其精度可优于10 m,利用该轨道信息的定位、定时精度可以满足服务指标要求.     

Improvement of orbit determination for geostationary satellites with VLBI tracking

China’s COMPASS satellite navigation system consists of five or more geostationary (GEO) satellites.The roles of GEO satellites are to improve the regional user’s positioning accuracy and provide the continuous Radio Determination Satellite Service.The motion of GEO satellites relative to a ground tracking station is almost fixed,and regular orbit maneuvers are necessary to maintain the satellites’ allocated positions above the equator.These features present difficulties in precise orbit determination (POD).C-band ranging via onboard transponders and the L-band pseudo-ranging technique have been used in the COMPASS system.This paper introduces VLBI tracking,which has been successfully employed in the Chinese lunar exploration programs Chang’E-1 and Chang’E-2,to the POD of GEO satellites.In contrast to ranging,which measures distances between a GEO satellite and an observer,VLBI is an angular measurement technique that constrains the satellite’s position errors perpendicular to the satellite-to-observer direction.As a demonstration,the Chinese VLBI Network organized a tracking and orbit-determination experiment for a GEO navigation satellite lasting 24 h.This paper uses the VLBI delay and delay-rate data,in combination with C-band ranging data,to determine the GEO satellite’s orbit.The accuracies of the VLBI delay and delay rate data are about 3.6 ns and 0.4 ps/s,respectively.Data analysis shows that the VLBI data are able to calibrate systematic errors of the C-band ranging data,and the combination of the two observations improves orbit prediction accuracy with short-arc data,which is important for orbital recovery after maneuvers of GEO satellites.With the implementation of VLBI2010,it is possible for VLBI to be applied in the COMPASS satellite navigation system.     

Variation of satellite transponder delay

For precise orbit determination of geosynchronous earth orbit(GEO)satellites using transfer ranging observations,it is generally assumed that the variation of the satellite transponder delay is very small and that it can be solved as a constant parameter together with satellite orbit parameters.However,this assumption is too general and it reduces the accuracy of orbit determination for GEO satellites.To study and analyse the impact of the satellite transponder delay on GEO satellites orbit determination,two schemes were proposed.First,the satellite transponder delay was eliminated by forming single-difference observations between two ground stations;second,the satellite transponder delay was described as a constant parameter.The preliminary results demonstrate a difference of about1–2 m between the two schemes when used for precise orbit determination of GEO satellites.By fixing the GEO satellite orbit and other relevant parameters estimated by single-difference model,we inversed the instantaneous transponder delay from non-difference observation.It was found that the satellite transponder delay has a distinct diurnal variation,with an amplitude of 3–4 m.The findings of this paper are helpful in establishing an accurate model of satellite transponder delay and in improving the accuracy of GEO satellites orbit determinations and predictions.     

北斗高精度相对定位选星方法研究

针对北斗系统中高轨卫星会带来较全球定位系统（global positioning system ,GPS）更为严重的法方程病态性这一问题,分析了双差载波相位观测方程系数矩阵对整周模糊度浮点解解算的影响,结合北斗系统三轨道星座混合的特点,研究了区域北斗高精度相对定位选星方法,以仰角最高的地球同步轨道（geostationary earth orbit, GEO）卫星作为参考星,优先选取仰角高于10°的中地球轨道（medium earth orbit,MEO）卫星,然后按照均匀分布的原则选取倾斜地球同步轨道（inclined geosynchronous satellite orbit,IGSO）卫星。通过对实测数据进行试验和分析,证明了该方法的正确性和合理性,在进行区域北斗高精度相对定位时,能在一定程度上改善法方程的病态性,使模糊度浮点解较快收敛至真值附近,有利于模糊度的快速正确固定。     

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.     

Precise orbit determination for geostationary satellites with multiple tracking techniques

A new precise orbit determination (POD) strategy based on the combination of satellite laser ranging (SLR) and C-band transfer ranging for geostationary satellites (GEO) is presented.Two approaches to calibrate ranging biases of the C-band ranging system are proposed,namely the two tracking system co-location comparison and the combined POD method,with calibration accuracies estimated to be 0.5 ns and 1 ns respectively.Using data from a C-band tracking network in China,POD experiments indicate that meter-le...     

低轨导航星座多普勒定位模型及性能分析

相较于北斗、GPS等全球卫星导航系统（GNSS）,低轨道卫星（LEO）具有更加显著的多普勒频移效应,有助于增强GNSS定位、导航和授时（PNT）服务性能。针对当前可用的LEO导航信号少,无法满足地面用户瞬时定位的问题,研究提出了基于一个由288颗LEO卫星构成的Walker星座,选取仿真了9个全球均匀分布的地面站多普勒观测值,建立了瞬时多普勒定位数学模型,并评估了其潜在的服务性能。结果表明：在中低纬度地区,LEO可视卫星为10~ 15颗左右,多普勒定位精度因子（PDOP）达到500 ~ 600;而在中高纬度地区,LEO可视卫星数达到30颗以上,对应的PDOP值降至180左右。静态多普勒定位可实现厘米至分米级精度,动态定位可实现瞬时分米至米级精度,高纬度地区的定位性能显著优于中低纬度地区。     

北斗导航卫星氢原子钟性能分析评估

星载原子钟是导航卫星最重要的载荷之一,负责星上时间基准的产生和维持.我国北斗三号导航试验卫星首次配置了23 kg级被动型星载氢原子钟,验证了氢原子钟的空间环境适应性和在轨性能,实现在轨运行误差小于1 ns/d.在北斗三号全球导航卫星系统中,氢原子钟已作为主钟应用至GEO,IGSO和MEO三类导航卫星,对系统的运行发挥至关重要的作用.本文从氢原子钟的机理和性能评估方法出发,比较了铷钟、铯钟和氢钟三类原子钟的性能差异,根据地面和在轨测试数据,给出氢原子钟在轨运行性能评估结果;最后利用卫星遥测数据建模,对氢原子钟健康状况和寿命进行了初步分析.     

北斗三号B1频点卫星导航信号的调制复用及实际接收性能

导航信号结构是卫星导航系统的核心技术之一,也是我国北斗三号卫星导航系统独立建设、自主运行的标志.本文分析了北斗三号B1频点卫星导航信号设计的需求与挑战,详细介绍了为满足北斗三号新一代导航信号性能提升、多样化接收以及与其他导航系统兼容与互操作等方面的迫切需求,我们为北斗三号主用信号B1C提出了一种新型的正交复用二进制载波偏移(Quadrature Multiplexed Binary Offset Carrier,QMBOC)调制技术,以及为解决北斗三号B1频点新旧两代和军民两类导航信号并存的重大技术难题,提出了一种通用的多频多分量导航信号恒包络复用(CEMIC)技术,并通过对北斗三号组网卫星实际播发的信号接收处理与分析,验证了新一代B1频点信号的先进性能.QMBOC调制和CEMIC复用构成了北斗三号B1信号的核心结构,在很大程度上决定了信号的时频域特性、接收性能及发射效率,目前已经部署在北斗三号所有的组网卫星上并开始向全球提供服务,成为北斗三号赶超世界先进水平的重要特征.