基于BDS观测网的卫星钟差完备性监测

卫星钟差质量直接影响到高精度用户的定位结果,因此需对钟差实时监测,即为卫星钟差完备性监测。它是导航系统完备性理论体系中重要的组成部分。本文基于BDS伪距观测值,利用多个BDS/GPS基准站计算卫星钟差并分析各卫星与不同基准站的观测值的残差,若某一卫星的观测值残差与其他卫星残差差异超过限值,应给出示警信息,实现BDS卫星钟差的完备性监测。基于上述理论,基于BDS网观测数据进行BDS卫星钟差完备性监测,并分析BDS卫星钟差的监测结果。该方法初步实现了BDS卫星钟差完备性监测,为后续BDS完备性监理论研究提供了一定的技术支持。     

不同系统的电离层完备性监测研究

针对电离层延迟在卫星导航定位过程中造成的影响及其本身的复杂性,同时考虑到完备性监测的重要性,该文利用河北省CORS网的实测数据进行电离层完备性监测。通过计算双差电离层延迟、电离层残差完备性监测(IRIM)指标、电离层残差内插不确定性(IRIU)指标来探讨GPS/BDS组合系统和单系统下电离层完备性监测的情况。结果表明,IRIM、IRIU值均在cm级精度,精度较高,说明测区上空的电离层情况稳定。而且GPS/BDS组合系统的监测效果要好于GPS、BDS单系统的监测效果,说明BDS的加入提高了电离层完备性的监测性能。     

BDS轨道完备性监测设计与实现

针对北斗卫星导航系统(BDS)完备性研究较少的现状,该文提出了一种导航星历中轨道观测数据的完备性监测新方法。采用轨道积分方法分析了北斗卫星的轨道残差均方根值;通过概率统计的方法,分别计算所有北斗卫星的轨道残差极限误差值(告警限差),剔除误差超限甚至粗差卫星,实现事后轨道完备性监测。另外通过比较分析剔除监测标记出的误差卫星之前和之后对测站精密单点定位的影响,验证完备性的风险性。最后通过实测数据对该算法进行了验证和分析。实验结果表明:该算法可以实现卫星轨道的监测示警,标记误差卫星,达到轨道完备性监测效果。     

基于CORS网的接收机钟差监测和预测研究

研究了对接收机钟差、钟速和钟漂的实时测定方法,并将该方法应用于北京市CORS基准站接收机的数据检验,实现了接收机钟差的在线实时监测(检测频度达到1次/1 s);然后浅谈利用ARMA模型对接收机钟差的预测研究,为接收机的完备性监测做准备。     

基于区域CORS的实时精密卫星钟差估计研究

区域连续运行参考站网(CORS)的广泛建立,为实时精密单点定位(PPP)提供了良好的平台保证。根据区域参考站网络的特点,本文提出了基于星间单差与历元间差分相结合的卫星钟差估计组合模型,确定了基于组合模型的实时卫星钟差估计策略,结合卡尔曼滤波参数估计方法,实现了区域1s采样间隔的精密卫星钟差数据的生成。通过重庆CORS的数据验证,表明该模型实时绝对卫星钟差和相对卫星钟差的精度均优于0.2ns,与国际IGS各分析中心估计的卫星钟差精度相当,满足了卫星钟差实时性的要求。该计算方法不仅可以用于CORS网本区域而且还可以用于距离CORS区域达数百公里以外的地区进行实时定位,这对于实时精密单点定位技术的实现具有重要意义。     

基于IGS网络资源的完备性监测研究

本文从国际知名的高精度数据处理软件BERNESE软件入手,选择欧洲三个IGS跟踪站2002年1年的原始观测数据,应用IGS网络资源包括GPS精密星历,GPS精密钟差,地球自转参数文件,进行精密单点定位计算,讨论卫星轨道对完备性监测的影响,并将IGS跟踪站视为监测站和用户站,实现对IGS监测站和用户站的完备性监测。     

一种载波相位残差的精密卫星钟差插值方法

该文针对传统的精密卫星钟差插值方法没有考虑精密单点定位技术解算数据特点的不足,提出了一种基于载波相位观测值残差的精密卫星钟差插值方法。在精密单点定位中,卫星钟误差将部分体现在载波相位观测值残差中,基于此,考虑将载波相位残差的变化趋势引入到插值的过程中,达到提高插值精度的目的。利用IGS分析中心提供的精密卫星钟差数据进行分析,结果表明:新方法的插值精度为0.2ns~0.7ns;和线性插值、样条插值、Hermite插值、多项式拟合和Lagrange插值等5种传统的插值方法相比,新方法的插值结果在最大误差、平均误差、均方根误差方面均有显著改善,其中均方根误差相比5种传统方法的平均改善率最大达到了37%。     

BDS/GPS网络差分定位试验分析

针对在传统网络差分定位中,单GPS系统在观测条件不好情况下会出现可用卫星数量偏少甚至不够、观测值存在粗差而影响定位等问题,该文提出BDS/GPS双系统组合网络伪距差分定位的数学模型,并加入基于最小二乘残差法探测粗差观测数据的质量控制算法。基于省CORS网实时BDS/GPS双系统数据,以国产的手持机终端作为流动端,利用BDS/GPS伪距差分平台进行了车载动态试验,根据试验对比和分析,动态定位平面精度优于1m,在加入质量控制算法模式下,定位精度和可靠性都有一定提高。     

基于北斗星间链路闭环残差检测的星间钟差平差改正

利用“闭环检测”思想检测和修正系统测量累积误差,是工程科学中的常用和有效手段。本文指出了北斗三号系统全球星间链路中所存在的有利闭环条件,并提出一种利用其进行闭合残差检测与分析的方法。在此基础上,构建了闭合残差整网平差模型,实现了对北斗三号卫星星间相对钟差的误差修正。基于在轨实测数据的计算表明,北斗三号系统全球星间链路中确实存在着明显的常数性或周期性非零闭合残差。通过对星间链路闭环残差的平差修正,基本消除了卫星星间钟差不闭合的现象,减少星间钟差随机噪声30%~50%,有效提高了星间相对钟差测定的精度,有利于提升北斗系统服务能力。     

基于IGS精密星历的完备性监测指标SISA研究

在卫星导航定位系统中,空间信号精度SISA是反映完备性参数的重要指标之一。从SISE与SISA的基本概念出发,描述了SISA的计算算法,根据卫星星钟的不同,选取了不同类型的GPS卫星,并利用IGS精密星历,预报精密星历进行了SISE和SISA的计算,结果表明:IGR星历计算的SISA指标满足系统要求,SISA主要受卫星钟差的精度影响,不同原子钟类型的卫星计算出来的SISA值变化不大。该成果对于卫星导航的完备性监测数据处理具有参考意义。     

基于星间链路支持的导航卫星自主完好性监测设计仿真

针对导航卫星在区域完好性监测网可视弧段之外难以实现基于地面监测站的系统级完好性监测问题,提出一种基于星间链路辅助支持的导航卫星自主完好性监测方法。该方法通过利用星间组合观测值,分离星钟误差和星历误差,采用基于平稳时间序列的非稳态异常检测算法对导航卫星星载原子钟相位抖动及频率的异常漂移进行监测;采用基于轨道先验信息的非中心化开方分布异常检测算法对轨道异常机动进行监测,并利用星间链路组合观测量对卫星自主完好性监测及其对全球用户完好性性能的提升作用开展仿真分析与研究。仿真计算结果表明:该方法可以在地面监测网不可视弧度内有效减小空间段卫星部分的故障漏检概率以及系统完好性风险,缩短完好性告警时间,提高全球卫星导航系统的完好性服务水平。     

基于星间链路的完好性参数SISMA计算方法

地基完好性监测是利用四个或四个以上的精确坐标的监测站对卫星进行监测,计算其星历及星钟误差。该方法需满足四重以上监测站覆盖条件,对于自主导航和区域布站的导航系统不能实现导航卫星的全弧段完好性监测。对于不满足上述覆盖条件的卫星,采用基于星间链路的监测方法,利用四个或四个以上的具有一定坐标误差的卫星对该卫星进行监测。通过星历数据和星间测距数据计算SISMA,从而进行导航卫星全弧段的完好性监测。     

IGS RTS钟差数据中断的实时修复方法研究

针对IGS RTS实时数据流产品在网络传输过程中普遍存在的数据中断问题,基于卫星钟差预报算法,文中提出实时“预报修复”方法,以钟差预报值实时修复发生中断历元的钟差数据。通过对RTS数据中断区间分布的统计分析,确定钟差预报的时间长度为5 min;采用改进的灰色系统模型,对不同时间长度初始数据的钟差预报结果进行对比,确定初始数据时间长度为10 min。以IGS事后精密卫星钟差产品为参考,对连续7 d RTS钟差产品的实时预报修复效果进行验证。以IGS02产品为例,连续7 d预报修复钟差值的平均RMS优于0.17 ns,预报修复后24 h钟差产品的RMS均在0.22 ns以内。     

Single epoch estimation of the Galileo integrity chain sensor station clock offsets

The Galileo integrity chain depends on a number of key factors, one of which is contamination of the signal-in-space errors with residual errors other than imperfect modelling of satellite orbits and clocks. A potential consequence of this is that the user protection limit is driven not by the errors associated with the imperfect orbit and clock modelling, but by the distortions induced by noise and bias in the integrity chain. These distortions increase the minimum bias the integrity chain can guarantee to detect, which is reflected in the user protection limit. A contributor to this distortion is the inaccuracy associated with the estimation of the offset between the Galileo sensor station (GSS) receiver clocks and the Galileo system time (GST). This offset is termed the receiver clock synchronization error (CSE). This paper describes the research carried out to determine both the CSE and its associated error using GPS data as captured with the Galileo System Test Bed Version 1 (GSTB-V1). In the study we simulate open access to a time datum using IGS data. Two methods are compared for determining CSE and the corresponding uncertainty (noise) across a global network of tracking stations. The single-epoch single-station method is an ‘averaging’ technique that uses a single epoch of data, and is carried out at individual sensor stations, without recourse to the data from other stations. The global network solution method is also single epoch based, but uses the inversion of a linearised model of the global system to solve for the CSE simultaneously at all GSS along with a number of other parameters that would otherwise be absorbed into the CSE estimate in the averaging technique. To test the effectiveness of various configurations in the two methods the estimated synchronisation errors across the GSS network (comprising 25 stations) are compared to the same values as estimated by the International GPS Service (IGS) using a global tracking network of around 150 stations, as well as precise orbit and satellite clock models determined by a combination of global analysis centres. The results show that the averaging technique is vulnerable to unmodelled errors in the satellite clock offsets from system time, leading to receiver CSE errors in the region of 12 ns (3.7 m), this value being largely driven by the satellite CSE errors. The global network approach is capable of delivering CSE errors at the level of 1.5 ns (46 cm) depending on the number of parameters in the linearised model. The International GNSS Service (IGS) receiver clock estimates were used as a truth model for comparative assessment.     

基于CORS系统的地质灾害监测预警系统的设计与实现

主要论述了以河北省CORS系统为基础,综合运用GNSS卫星空间定位技术、计算机技术、通讯技术、网络技术、光伏技术、物联网技术等现代技术手段,对可能由地表位移引起的地质灾害进行实时监测、预警和形变分析,建立地质灾害监测预警系统的设计思路和实现过程。     

基于ARIMA模型的卫星钟差短期预报研究

卫星钟差的精度直接影响导航定位的性能。本文针对不同类型的星载原子钟,采用ARIMA时间序列模型分别对1 d的IGS 5 min、30 s采样间隔的精密卫星钟差产品进行建模,并作6 h、一天的短期预报。结果表明,铷钟的预报精度达到了亚纳秒级,铯钟的预报精度处于纳秒级,并且原始钟差产品的采样间隔对卫星钟差预报精度有一定的影响。     

一种基于IGS超快星历的区域性实时精密单点定位方法

实时GPS精密单点定位需要实时的卫星轨道和钟差产品,为此提出一种利用区域GPS连续运行参考站和IGS发布的IGU超快轨道进行实时精密单点定位的方法.该方法首先利用连续运行参考站观测数据与IGU超快轨道预报部分进行实时GPS卫星钟差的估计,然后利用估计得到的实时GPS卫星钟差产品和IGU超快轨道预报部分,进行用户GPS接...     

基于ARMA模型的BDS卫星钟差异常值探测及其短期预报

星载原子钟在运行过程中会受到恶劣空间环境与设备老化等因素的影响,使得卫星钟差数据中经常存在异常值,其中AO(additive outlier)类异常值是钟差序列中常见的一类异常值。结合最大期望算法与自回归滑动平均(autoregressive moving average,ARMA)模型,提出一种AO类异常值探测算法。该算法可以准确探测孤立AO类异常值与成片AO类异常值,有效克服了其他算法经常出现的淹没与掩盖现象。在成功探测钟差序列AO类异常值的同时,该算法可以估计得到精确的ARMA模型,进而能准确地进行卫星钟差预报。利用仿真数据与北斗卫星钟差实测数据进行计算分析,结果表明,所提算法可以精确探测出钟差序列AO类异常值,并且具有很好的卫星钟差预报效果。