BDS卫星短时差分码偏差估计与分析

现有的差分码偏差(differential code bias, DCB)产品和常用的DCB估计方法均是将DCB视为1 d中的常量参数,忽略了DCB在1 d中的短时变化。为了分析北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System, BDS)卫星DCB短时变化特性,文章首先采用最小二乘和Tikhonov正则化方法同步估算各个历元时刻下的电离层参数和DCB参数,然后分析卫星DCB短时序列的精度和稳定性,并利用谱分析方法对短时DCB的周期性进行分析,建立模型来拟合短时DCB变化,最后通过实验探讨短时DCB序列改正对标准单点定位(standard point positioning, SPP)的影响。实验结果表明：在SPP中,施加DCB改正可以提高定位精度,施加中国科学院(Chinese Academy of Sciences, CAS)产品改正或短时DCB改正,定位精度提升都在40%以上;在不同测站上施加短时DCB改正和CAS产品改正,SPP定位精度各有优劣,两者差异在cm级,改正效果大致相当。     

GPS与北斗广播星历TGD参数对单点定位影响比较分析

卫星群延时间参数(Timing Group Delay,TGD)表征了卫星不同频率信号通道之间的延迟偏差,一般作为重要的信息在卫星导航系统的广播星历中播发给用户.由于不同卫星导航系统广播星历中的钟差定义的不同,卫星TGD参数的含义也有所差异,用户在利用广播星历进行定位授时中必须正确理解并使用广播星历卫星钟差与各个频率信号的TGD改正参数.本文针对GPS和北斗卫星导航系统(BDS),分别使用无电离层组合和单频观测对TGD参数在定位中的影响进行计算和分析,通过比较分析指出了目前北斗广播星历中的TGD可能存在一些问题需要进一步调查.     

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.     

基于BDS/GPS双系统的全球电离层建模

借助当前比较完善的GPS系统,建立基于BDS/GPS双系统的全球电离层模型,是克服BDS单系统建模弊端,提高全球电离层模型和硬件延迟(DCB)监测精度的一种有效途径.本文分析了基于BDS/GPS双系统的电离层模型所能达到的精度,以及GPS观测对DCB监测的辅助作用.文中选用了太阳活动峰年2013年2月11日–2014年1月13日336天的BDS/GPS双系统观测资料,利用15×15阶球谐函数模型建立了全球电离层模型(GIM/SHA),并利用IGS最终电离层产品(GIM/IGS)、双频实测VTEC和海洋测高数据对该双系统模型的电离层产品进行了全面的精度评估.结果表明:(1)通过与三种基准数据比对,GIM/SHA的外符合精度在3–6 tecu范围内,且系统性偏差较小;(2)GPS卫星P1P2频点DCB与IGS最终产品结果比较BIAS在0.1 ns内,RMS最大不超过0.2 ns;(3)通过比较BDS单系统与双系统生成的卫星和接收机B1B2频点DCB发现,两种方法解算的DCB均值差别为0.01–0.227 ns,双系统解算BDS卫星DCB稳定性稍优于单系统结果,但是GPS观测资料的加入能够明显地提高接收机DCB的稳定性;从14颗BDS在轨卫星B1B2频点DCB长期稳定性统计可见,各卫星DCB长期稳定性为0.2–0.3ns,其中GEO卫星稳定性水平稍差.     

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。     

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.     

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 ...     

低纬电离层闪烁对GPS观测值及其导航定位的影响

电离层闪烁对全球定位系统(GPS)的影响已经被认为是GPS现代化后面临的主要问题.利用低纬地区电离层闪烁监测接收机(18.34°N, 109.62°E)在2012-08-01～31的GPS闪烁数据和观测数据,开展了电离层闪烁对GPS观测值及单点定位的影响研究.研究结果表明,电离层闪烁可以导致GPS卫星信号发生衰减,最大衰减幅度达20 dB-Hz;相比于GPS L1观测值,电离层闪烁对GPS L2影响更大;电离层闪烁可导致周跳的发生,统计表明,每100个强电离层闪烁事件(S_40.5)可以导致21个周跳发生,而100个弱电离层闪烁事件(0.2S_4≤0.5)仅导致6个周跳发生;强电离层闪烁环境下,卫星信号会遭遇失锁现象,从而破坏卫星几何分布结构,导致GPS导航定位性能降低;相比正常的电离层环境,电离层闪烁活跃环境下的GPS单点定位精度降低了23%.     

顾及强电离层活动的三频周跳探测与修复算法

高效精确的周跳探测与修复算法是实现高精度导航定位的前提条件。鉴于常规算法易受到电离层影响,本文利用一个三频无几何无电离层码相组合和两个无几何相位组合构建周跳检验量,该周跳检验量能够有效地强电离层活动对周跳探测的影响。通过三频GNSS实测数据对本文算法的正确性和有效性进行验证,计算结果表明本文算法能够在强电离层活动下正确地实现周跳的探测与修复。     

广义三角级数函数电离层延迟模型

研究一种参数可调的广义三角级数函数GTSF(generalized trignometric series function)电离层延迟模型.分析GTSF模型在电离层研究特别是为单频用户提供延迟改正应用方面的特点.初步结果显示,较参数固定的三角级数函数TSF(trignometric series function)模型和目前广泛应用的多项式模型POLY(polynomial model)模型,GTSF模型能够更好的描述电离层TEC变化特性,可望进一步提高基于GPS的局部电离层延迟信息的确定精度.     

一种GPS/BDS多频单站电离层模型与卫星频间偏差精化方法

电离层误差与卫星频间偏差(DCB)是精密定位中的重要误差源。对于局域增强系统,常规方法是利用单个基准站对这些误差进行精密修正。从GPS/BDS的局域增强应用实际出发,讨论了建立GPS/BDS多频单站电离层模型与解算卫星BCB的方法;并利用乌鲁木齐i GMAS监测站验证了该方法的有效性。结果表明,该方法建立的局域电离层模型,与CODE全球电离层格网模型的误差可控制在3.5TECU以内;GPS卫星DCB与CODE发布值可控制在0.5 ns以内;BDS卫星DCB与IGG发布值可控制在1.7 ns以内。GPS的BCB稳定性比BDS略好;IGSO卫星DCB稳定性优于MEO与GEO卫星。     

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%.     

信号中断下不同约束对精密单点定位收敛精度与时间的影响分析

精密单点定位(precise point positioning,PPP)技术的出现,使得全球单接收机高精度定位成为了可能。然而其首次定位收敛时间及信号中断等原因重新收敛时间过长,极大地限制了PPP技术的应用。针对信号中断导致重新收敛时间过长的问题,采用基于原始观测值的非差非组合模型,通过先验大气层约束来加快PPP重新收敛。对于不同卫星电离层预测值精度不同,提出利用先验预测值方差来确定中断时刻预测值方差。比较了不同系统组合信号中断下无约束、先验对流层约束、先验电离层及对流层约束条件下(east-north-up)方向最大误差,表明先验大气层约束条件下,短时间信号中断定位误差依然能维持在分米级别。最后分析了无约束、对流层约束以及大气层约束下1 s、10 s、30 s、60 s中断的重新收敛时间。与无约束重新收敛时间相比,对流层约束收敛时间提升了18%,大气层约束收敛时间提升了74%。     

一种GPS/BDS多频单站电离层模型与卫星DCB精化方法

电离层误差与卫星DCB是精密定位中的重要误差源,对于局域增强系统,常规方法是利用单个基准站对这些误差进行精密修正。从GPS/BDS的局域增强应用实际出发,讨论了建立GPS/BDS多频单站电离层模型与解算卫星BCB的方法,并利用乌鲁木齐iGMAS监测站验证了该方法的有效性。结果表明,该方法建立的局域电离层模型,与CODE全球电离层格网模型的误差可控制在3.5TECU以内,GPS卫星DCB与CODE发布值可控制在0.5ns以内;BDS卫星DCB与IGG发布值可控制在1.7ns以内,GPS的BCB稳定性比BDS略好;IGSO卫星DCB稳定性优于MEO与GEO卫星。     

电离层对耀斑响应的GPS观测研究

利用1997～1999年全球日地电离层观测卫星的耀斑观测资料以及全球定位系统(GPS)网的观测资料,对不同级别耀斑爆发期间的电离层总电子含量(TEC)随时间的变化特点、TEC增幅及其与X射线最大辐射通量之间的关系进行了研究.利用缓变型耀斑爆发期间的GPS观测数据,分析了电离层对此类耀斑的响应特点.     

GPS与格洛纳斯电离层电子总含量建模的差异性分析及改进

为了提高多模GNSS(global navigation satellite system)电离层电子总含量(TEC)的计算精度,基于全球及中国区域研究了GPS(global positioning system)TEC和GLONASS(global orbiting navigation satellite system)TEC的差异及变化规律.GPS TEC精度要优于GLONASS TEC,两者相关性随纬度降低而降低,并且GLONASS TEC较之GPS TEC存在一定程度的低估;TEC精度差异与星座配置、信号体制及轨道周期差异有关,并受到本地时影响,F2层临界频率(foF2)存在类似情况.基于GPS TEC和GLONASS TEC的差异性,对组合建模时伪距观测权函数进行改进,平均偏差约改进20%,内符精度约改进15%.     

基于卡尔曼滤波的实时总电子含量周跳探测与修复

总电子含量(total electron content, TEC)作为描述电离层形态和内部结构的重要参量,对于电离层领域的理论研究和发展有着重要作用,而周跳的探测一直以来都是全球定位系统(global position system, GPS)载波相位测量数据预处理的重点和难点,尤其是在高精度GPS定位中,卡尔曼(Kalman)滤波在周跳探测与修复中的应用使得能够准确可靠地探测出观测值中可能出现的周跳,利用Kalman滤波算法探测不同的观测数据类型及其组合,并将修复后的观测值与理论值进行对比。结果表明:该算法对周跳探测和修复有很强的有效性和精度。     

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...     

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。     

三频无几何无电离层组合周跳探测与修复算法

为解决电离层活跃期的周跳探测问题,根据无几何无电离层组合特性,构造3个线性无关的三频伪距载波相位组合作为周跳检验量,并以相位电离层残差二阶差分值作为周跳修复验证量。通过对电离层活跃期内全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)三频观测数据进行处理,验证算法的可靠性和有效性。结果表明:算法可以有效地探测与修复在电离层活跃期内的三频周跳,并适用于三频实时动态的周跳处理。