GPS/BDS卫星钟差融合解算模型及精度分析

为推动实时高精度定位技术的发展,文章通过构建历元差分模型,实现了对全球定位系统(Global Positioning System,GPS)与北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)精密卫星钟差的融合估计,并选取全球均匀分布的45个地面跟踪站进行仿实时钟差解算实验。结果表明:自估GPS和BDS钟差与国际全球卫星导航系统服务(International GNSS Service,IGS)事后精密钟差产品的二次差标准差分别优于0.2、0.4 ns,平均精度为0.11、0.19 ns;基于自估钟差的GPS静态和动态精密单点定位(precise point positioning,PPP)精度分别优于2、15 cm,BDS静态和动态PPP精度分别优于5、40 cm,均可满足用户dm级定位需求。     

BDS/GPS实时钟差估计及其精度分析

全球卫星导航系统(global navigation satellite system, GNSS)实时精密单点定位(precise point positioning, PPP)具有实时、广域定位的优点,目前在应用中存在实时钟差估计精度低的问题。文章利用平方根信息滤波(square root information filter, SRIF)实现实时卫星钟差滤波估计,采用全球80个国际GNSS服务(International GNSS Service, IGS)和多模GNSS试验跟踪网(Multi-GNSS Experiment, MGEX)的测站数据进行实时估钟,估钟结果与德国地球科学研究中心(GeoForschungsZentrum, GFZ)事后钟差进行对比,GPS钟差精度约为0.27 ns,北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit, GEO)卫星为1.37 ns,倾斜地球同步轨道(Inclined Geosynchronous Orbit, IGSO)卫星...     

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.     

基于灰色BP网络的卫星钟差预报

精密卫星钟差是精密定轨的重要因素之一.将BP神经网络模型引入卫星钟差预报,分别对少量及大量的卫星钟差数据进行预报,将其预报精度和灰色模型GM(1,1)预报结果进行分析比较,证明BP神经网络模型适于卫星钟差预报.通过对IGU超快速星历中的卫星钟差进行预报,发现前期预报精度很高,验证了其实际有效性.     

一种无需精密钟差的实时精密单点定位方法

提出一种基于少量参考站的无需外部钟差产品的非差实时精密单点定位(PPP)方法。该方法将参考站与流动站的共视卫星钟差项作为公共项联立观测方程,在估计流动站位置参数的同时将卫星钟差一并估计,从而无需等待服务器端解算的钟差产品,在客户端就可以单独完成实时PPP的解算。该方法在只有4个参考站参与解算的情况下,可使实时PPP精度达到厘米级,与同等条件下估计卫星钟差的PPP方法相比整体精度提高了28.8%;在只有2个参考站、甚至仅有1个参考站时,精度依然维持在厘米级。而在同等数量的参考站参与解算时,本文所提出的方法收敛速度也比估计卫星钟差的PPP方法的快。     

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卫星钟差分析、建模及仿真

卫星钟差是卫星导航系统中的一项重要误差源,本文根据IGS观测数据分析GPS卫星铷钟和铯钟的噪声特性,并对星钟误差进行建模和仿真.首先采用修正Allan方差表征和分析了GPS卫星上不同种类原子钟随机噪声的时域特性;然后基于最小二乘分段拟合确定了卫星钟差确定性分量的时差、频差、线性频漂参数值;对于多项式拟合后的残差部分,利用随机噪声幂律谱模型建立了随机性分量误差模型;最后利用修正Allan方差反演的方法模拟产生了各噪声分量的独立随机序列并进行合成;对合成序列与原始数据进行了对比分析以验证本文所提出建模与仿真方法的正确性.     

空中节点GPS定位技术研究

GPS动态精密单点定位以其作业简便,不依赖其他基准站系统等优点,广泛应用于导航定位、GIS数据采集、科学考察等领域,成为近年来导航与定位技术的研究热点。本文主要介绍了GPS单点定位的基本原理,把用户接收机当做空中节点,模拟了用户接收机的位置,并用Matlab拟合出了牵引着用户接收机的锚的位置。结果表明,这种定位算法精确度很高,能满足设计要求,说明了算法的合理性。     

北斗卫星星载原子钟的短期钟差预报模型参数选取分析

高精度实时卫星钟差改正数据的获取一直是实现精密单点定位技术的关键问题.针对短期钟差预报模型参数设定对预报精度的影响,详细分析了多项式模型和灰色模型的基本原理,通过对精密星历文件中钟差数据的计算,分析阶数和已知数据个数对2种预报模型精度的影响,评估了此2种预报模型的优劣.实验结果表明:多项式模型应采用的已知点数量和阶数分别为7和2,而灰色模型的已知点数量应设为11;灰色模型总体上优于多项式模型.     

灰色模型与自回归模型组合在钟差短期预报中的应用研究

研究卫星钟差预报的精度及稳定性对增强卫星导航系统的导航、授时等功能有重要作用。针对GM(1,1)模型在卫星钟差短期预报时存在的问题,引入AR模型对其预报结果进行修正,以提高钟差预报结果的精度和稳定性。实验结果表明：组合模型的预报精度较单一GM(1,1)模型有一定提高,其中铷钟的精度提高较为明显,铯钟的精度则提高较少;此外,组合模型的误差变化趋势与GM(1,1)模型相似,但稳定性相对更高。     

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...     

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.     

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。     

基于时钟偏差模型的GPS不完整星座定位方法

为使GPS接收机在卫星星座不完整情况下仍能定位,提出采用接收机时钟偏差模型辅助接收机定位的方法.将模型预测的时钟偏差引入伪距线性化定位解算方程中,保证了在GPS星座不完整时仍能给出接收机的位置.基于GPS实测数据的验证分析表明,该方法的定位精度在标准误差范围内.同时,该方法具有计算简单、有效可行的特点,可以方便地嵌入到GPS接收机中.     

全球参考站网窄巷非校准相位延迟

窄巷非校准相位延迟（UPD）产品的质量和可用性是影响精密单点定位模糊度固定（PPPAR）效率的重要因素.采用全球108个国际GPS服务（International GPS Service,IGS）测站观测数据,计算了基于全球参考站网的窄巷UPD产品,分析了窄巷UPD产品的变化特性,其单日变化量最大可达0.6周.通过分析UPD改正后的模糊度残差,论证了UPD产品和用户端模糊度均受到因未被恰当模型化而造成的残余误差的影响,且UPD的时变特性与各参考站残余系统误差有关.最后,采用4个用户站进行PPPAR实验分析UPD产品的可用性,以模糊度固定失败率、固定错误率和首次固定时间为评估指标,结果表明,全球参考站网窄巷UPD产品的最佳使用时限不大于30 min.     

5G网络中状态空间表达式辅助数据的长期演进定位协议消息格式设计

针对目前5G网络不支持精密单点定位(PPP)的问题,对状态空间表达式(SSR)辅助数据的长期演进定位协议(LPP)消息格式进行了研究。通过梳理PPP用到的各项参数,设计了一种用于传输SSR辅助数据的LPP消息格式,在5G物理广播信道仿真环境下研究了消息格式的可用性。仿真试验表明:双系统双频精密单点定位精度N、E和U方向0.08、0.15、0.31 m,与GPS单系统相比,以1 040 bytes/min的额外信息换取了N、E方向40%和64%的精度提升。可见格式可用,定位精度随信息量增大而提高。     

利用广播星历计算GPS卫星位置及误差分析

为了提高GPS卫星轨道计算的精确性和实时性,通过对GPS卫星的广播星历进行分析,利用从广播星历中获取的开普勒轨道参数和轨道摄动修正项,以2005年11月6日的R INEX格式的广播星历为例,通过编程,计算了07号卫星当天24 h的轨道位置坐标,并将其与当天的精密星历所提供的卫星轨道位置坐标进行对比,并对广播星历的轨道精度进行初步的讨论。结果表明,该方法确实提高了GPS卫星轨道位置坐标计算的精度。利用广播星历计算GPS卫星位置的误差主要是由于时间外推方法造成的。     

DCB对精密单点定位中的精度影响分析

在精密单点定位中,通常假定接收机差分码偏差(Differential Code Bias,DCB)被钟差吸收,而不去单独进行考虑,从而可能影响最终的定位精度。为了验证DCB对定位精度的影响,针对2019年1月1日BJFS站一天的观测数据,用Bernese软件进行数据解算,并分是否考虑DCB影响的两种情况进行实验。结果表明,在考虑DCB影响后精密单点定位的收敛速度及定位精度得到明显提高,定位精度达厘米级。     

精密单点定位的卡尔曼滤波新息与残差随机性对比

为了验证卡尔曼滤波新息和残差描述观测噪声的能力,根据精密单点定位载波相位和伪距观测值的先验方差,利用蒙特卡罗模拟等方差的随机噪声作为分析基准,研究描述信号随机性的平稳性、正态性、自相关性和功率谱指标。实验结果表明,新息只能正确描述伪距观测值噪声的随机性,残差能够同时描述载波相位和伪距观测值噪声的随机性。同时,两者描述伪距观测值噪声的能力相近。因此,不同精度观测值的精密单点定位应该以新息表示的残差为基础进行卡尔曼滤波模型的改进。     

GPS对流层延迟的历元间差分分析

GPS(Global Positioning System)观测难免受到各种因素的影响,虽然可以通过不同观测组合和改正模型予以消弱,但总有一定的残留误差对定位结果产生影响.基于精密单点定位理论,通过无电离层组合模型、高精度GPS卫星轨道、卫星钟差来削弱电离层延迟误差、轨道误差的影响,以不同采样间隔的观测数据,分析对流层延迟历元间差分结果的特性;分析不同采样间隔观测中,对流层延迟历元间差分值的变化,对流层延迟对历元间差分观测值的影响;残留误差对历元间差分结果、组合观测值的影响;残留误差在时间序列上的变化.