北斗三号精密单点定位精度分析研究

2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)正式开通.BDS-3增加播发B1C、B2a新信号,结合原有北斗二号(BDS-2)的B1I、B2I、B3I信号,5个频点形成7种消电离层组合,进行双频精密单点定位(PPP)研究,结果表明所有组合PPP定位精度在厘米级.     

北斗三号最简系统卫星信号质量分析

截至2018年5月,中国共发射了8颗北斗三号(BDS-3)中圆地球轨道(medium Earth orbit, MEO)卫星,组成北斗三号最简系统,播发了B1C、B2a和B2b新卫星信号,仅有17个国际全球导航卫星系统监测评估系统(international global navigation satellite system monitoring and assessment system, iGMAS)跟踪站能够接收到BDS-3卫星信号。选用17个iGMAS观测站10 d的观测数据,从数据完整率、信噪比、多路径效应、电离层延迟和周跳方面进行质量分析,并与GPS L1/L5和Galileo E1/E5a重叠频率对比,评价当前BDS-3卫星信号性能以及iGMAS测站的接收能力。结果表明,装有GNSS_GGR接收机的iGMAS测站的伪距观测值含有较大的粗差,个别装有CETC-54-GMR-4011接收机的跟踪站的周跳现象较严重。通过分析多路径效应可知,BDS-3卫星各个信号中不存在与高度角有关的系统偏差。BDS-3最简系统卫星观测数据质量与GPS L1/L5和Galileo E1/E5a相当,能够满足北斗卫星导航系统正常的工作需求。     

BDS-3新频点B1C/B2a动态数据特性及PPP精度分析

通过载噪比(CNR)、数据完整率、伪距与载波相位观测值噪声和伪距多路径效应四个指标对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)新频点B1C/B2a车载动态数据的特性进行了分析,测试了BDS-3新频点动态精密单点定位(PPP)的性能,并与其它全球卫星导航系统(GNSS)进行了对比. 试验结果表明,BDS-3新频点B2a平均CNR优于北斗卫星导航系统(BDS)其它频率,但略差于GPS L5;相较于其它GNSS,BDS数据完整率相对较高,其中BDS-3 B2a新频点数据完整率最高;BDS-3 B2b伪距观测值噪声最小,B1C和B2a伪距观测值噪声约为B2b信号的3倍,但不同频率相位观测值噪声处于同一量级;对于伪距多路径而言,BDS-3 B1C/B2a 信号略小于B2b 信号. 总体而言,GPS L5信号抑制多路径效应的能力最强. 在动态PPP性能方面,BDS-3 B1C/B2a双频组合动态PPP定位精度最优,其三维(3D)均方根(RMS)误差为0.439 m,相比BDS B1I/B3I、GPS L1/L2、GLONASS G1/G2和Galileo E1/E5a双频组合PPP,其精度改善率分别为49%、56%、81%和42%.      

BDS-3卫星对BDS全球定位性能提升分析

随着北斗卫星导航系统(BDS)建设与组网工作的不断推进,北斗3号（BDS-3）已开始提供全球定位服务,其定位性能是广大用户关注的主要问题之一. 为了评价BDS在全球各地区定位可用性与精度,本文选取了全球范围内可接收北斗2号（BDS-2）与BDS-3卫星播发信号的44个静态观测站,分别使用BDS-2卫星与北斗2/3号（BDS-2/3）卫星的B1I与B3I信号及其无电离层组合观测值进行标准单点定位解算,同时使用广播星历解算BDS在全球范围的可见卫星数与位置精度因子(PDOP)分布情况. 结果表明,相对于BDS-2卫星,BDS-3卫星可以在全球范围内增加2～4颗可见卫星,同时减小了PDOP值和定位结果噪声,将BDS服务范围从亚太地区进一步扩展至全球. 另外,全球参考站双频无电离层组合可实现水平方向1.5 m、高程方向3 m的定位精度,单频定位也可实现水平2.5 m,高程4 m的定位精度. 本文还进行了手持动态实验,结果表明,BDS-2/3动态条件下可实现水平方向约2 m、高程方向约4 m的定位精度. 总的来说,目前BDS可以实现全球水平方向优于2 m,垂直方向优于4 m的伪距单点定位,满足绝大部分全球用户的定位需求.      

北斗三号基本系统伪距单点定位性能分析

北斗三号(BDS-3)已经完成基本系统建设,并于2018年12月27日开始正式提供全球服务. 本文选取了全球分布的12个国际GNSS监测评估系统(iGMAS)跟踪站数据,对北斗二号(BDS-2)和北斗三号(BDS-3)及其组合的定位性能进行研究,分析了空间位置精度因子(PDOP)、卫星可见数,以及单双频伪距单点定位精度. 结果表明:BDS-3各频点单频定位精度由高到低的顺序为B1C、B2a、B1I、B3I,BDS 3双频定位精度B1C／B2组合优于B1I／B3I组合;在亚太区域,BDS-2／BDS-3相对于BDS 2定位精度提升大于14％.      

GPS/Galileo/BDS-3试验星短基线紧组合相对定位性能初步评估

北斗全球卫星导航系统(简称北斗三号系统,BDS-3)的试验星播发了与GPS L1/L5、欧洲的伽利略(Galileo)系统E1/E5a/E5b频率重叠的新体制信号B1C/B2a/B2b,这为GPS/Galileo/BDS-3试验星重叠频率的紧组合相对定位提供了条件。首先评估了GPS/Galileo/BDS-3试验星重叠频率差分系统间偏差(differential inter-system bias,DISB)的大小与时域稳定性,结果表明,相同类型接收机的DISB接近于0,在紧组合相对定位中可以忽略其影响。然后初步评估了GPS/Galileo/BDS-3试验星短基线单历元紧组合相对定位性能,结果表明,相较于传统的松组合模型,紧组合模型能够显著提高模糊度固定的成功率与可靠性。尤其是在单系统可观测卫星数较少、仅单频观测值可用的情形下,模糊度固定成功率可提高约25%～45%。     

北斗三号系统信号质量分析及轨道精度验证

北斗三号卫星导航系统（BeiDou-3 navigation satellite system,BDS-3）的信号体制经过重新设计,提供B1I、B3I、B1C、B2a以及B2b 5个频点的公开服务信号。从伪距多路径、信噪比、无几何无电离层相位组合（geometry-free ionosphere-free phase combination,GFIFP）观测值特性等方面,对BDS-3卫星公开服务信号的观测数据质量进行分析评估。结果表明,BDS-3卫星信号的多路径噪声水平优于北斗二号系统卫星,且未发现与高度角相关的系统偏差,B1C受多路径及噪声的影响更为显著;不同信号组合的GFIFP序列都呈现出与卫星相关的周期性系统误差,峰值约为2 cm。对BDS-3卫星采用“一步法”精密定轨,分别采用B1I&B3I与B1C&B2a的双频无电离层组合,使用轨道边界不连续性以及卫星激光测距进行轨道精度检核,结果表明,在可用观测数少于B1I&B3I的情况下,B1C&B2a解算的轨道精度达到与B1I&B3I相当的水平,轨道径向的内符合精度分别为6.1 cm、6.6 cm...     

北斗三号三频组合观测值特性分析研究

北斗三号卫星导航系统今年已步入全球组网阶段,预计到2018年底BDS-3的服务区域将覆盖“一带一路”国家及周边国家.目前BDS-3已发布B1I、B1C、B2a和B3I四个信号的用户接口控制文件,本文利用函数极值法给出了特定波长和电离层延迟影响系数下的噪声最优线性组合系数,分析得出BDS-3最优超宽巷组合为三频信号(B1C,B1I,B2a)和(B1C,B1I,B3I)中的线性组合(1,-1,0),最优宽巷组合为三频信号(B1I,B3I,B2a) 和(B1C,B3I,B2a)中的线性组合(1,-3,2),这三个组合也是BDS-3、BDS-2和GPS中的最优组合.利用北斗三号的实测数据进行长短基线下宽巷／超宽巷双差模糊度解算,验证了BDS-3最优宽巷与超宽巷组合的结论的同时,还得出三频信号(B1I,B3I,B2a)和(B1C,B3I,B2a)中的宽巷组合(1,-3,2)与超宽巷组合(1,-4,3)和(0,1,-1)在长／短基线情况下均适用,而筛选得到的较优三频信号(B1C,B1I,B2a)和(B1C,B1I,B3I)中的宽巷／超宽巷组合仅在短基线场景下均适用.      

BDS-3新卫星的标准单点定位结果分析

针对我国北斗卫星导航系统正按照三步走战略,从第二代区域性卫星导航系统,走向第三代全球性卫星导航系统。本文以BDS-3新卫星数据为基础,结合BDS-2系统卫星进行联合标准单点定位(SPP),实验证明新卫星与BDS-2系统之间具有很好的兼容性。由于BDS-3卫星所播发的新频点B1C与GPS的L1频点频率重合,本文进行了GPS/BDS-3双系统同频组合SPP定位实验,所得定位精度与GPS单系统定位精度相当,验证了BDS-3与GPS双系统间进行同频组合定位的可行性。     

BDS-3新卫星的标准单点定位结果分析

针对我国北斗卫星导航系统正按照三步走战略,从第二代区域性卫星导航系统,走向第三代全球性卫星导航系统。本文以BDS-3新卫星数据为基础,结合BDS-2系统卫星进行联合标准单点定位(SPP),实验证明新卫星与BDS-2系统之间具有很好的兼容性。由于BDS-3卫星所播发的新频点B1C与GPS的L1频点频率重合,本文进行了GPS/BDS-3双系统同频组合SPP定位实验,所得定位精度与GPS单系统定位精度相当,验证了BDS-3与GPS双系统间进行同频组合定位的可行性。