GPS/BDS/GLONASS/Galileo多系统融合在中国区域的仿真分析

通过STK软件对GPS、BDS、GLONASS、Galileo四个系统的星座结构进行仿真,并选择单系统与多系统组合定位的方式对中国区域内的可见卫星数、GDOP值和定位精度进行覆盖分析。结果表明,GPS/BDS/GLONASS/Galileo四系统组合定位在我国的GDOP值可达0.7~0.8,定位精度可达3~4m,优于其他方式的组合定位;同时四系统组合定位下的GDOP值降低,定位精度更好,GDOP值与定位精度的波动异常得到了抑制,导航定位的性能与稳定性也得到了相应的提升。     

“一带一路”沿线及周边地区BDS定位性能动态分析

本文通过STK软件对BDS全球组网时至当前的星座结构进行了动态仿真,确定了“一带一路”沿线及周边地区最小可见卫星数、GDOP值以及定位误差的动态变化过程。结果表明,当前BDS已实现“一带一路”沿线大部分地区的覆盖,中国大陆、东南亚、南亚等地区的定位精度优于13 m,但北欧、东欧、西亚等小部分地区的定位精度仍有待提高;MEO卫星较GEO／IGSO卫星对“一带一路”沿线及周边地区定位精度的提升作用要大;同时发现,随着可见卫星数的增加,GDOP值逐渐减小,但当可见卫星数达到一定值时,随着可见卫星数的增加,GDOP值的减小幅度不明显,说明单纯增加可见卫星数有时并不完全能提高定位精度。      

基于STK的典型机场BDS性能分析

为分析北斗卫星导航系统(BDS)在我国机场的导航性能,通过卫星仿真工具包(STK)建立了BDS星座,仿真并分析了11个典型机场的卫星可见星数和几何精度衰减因子(GDOP)的值．仿真结果表明,BDS在多数典型机场拥有较多的可见星数目与较低的GDOP值,通过对比GDOP值对应的定位精度分级表,得出BDS在国内大部分典型机场能够提供优级的导航服务,为利用BDS实施进近提供了良好的技术支撑.      

多系统GNSS卫星可见性全球时空变化分析

多系统GNSS卫星组合定位成为导航系统发展的重要趋势。基于武汉大学IGS数据中心发布的精密星历,以可见卫星数及PDOP为研究对象,通过地面点仿真实验,分析多系统GNSS卫星在全球范围内可见性的时空变化,比较多系统GNSS相较单系统在卫星分布上的优势。结果表明,对于地面固定点,各GNSS系统卫星可见性的重复周期都约为24h,其中GPS/BDS/GLONASS/Galileo 4系统的卫星可见性稳定性最高,单GPS系统较差;相较于GPS单系统,GPS/BDS双系统在亚太地区的可见卫星数由7~13颗提高到15~23颗,而GPS/BDS/GLONASS/Galileo 4系统在欧亚和亚太地区的可见卫星数提高到24~30颗。     

融合BDS-2、BDS-3、QZSS数据的伪距单点定位精度分析

针对BDS-3完整星座单点定位精度评估问题,基于MEGX跟踪站WUH2连续7 d的实测数据,分析了融合BDS-2、BDS-3、QZSS数据的伪距单点定位精度.结果表明,QZSS能有效改善BDS-2、BDS-3、BDS-2/BDS-3的卫星可见数和卫星空间几何构型,有效提升三者的伪距单点定位精度,尤其是BDS-2/BDS-3/QZSS组合下伪距单点定位水平方向定位精度优于0.4 m,高程方向定位精度优于0.8 m;且BDS定位精度越高,QZSS系统对其定位精度的提升量越小.     

BDS/QZSS及其组合系统在中国和日本及周边地区的定位性能评估

利用多星座实验(the multi-GNSS experiment,MGEX)监测网的观测数据分别从可见卫星数、精度衰减因子(dilution of precision,DOP)、多路径效应、信噪比、静态/动态精密单点定位(precise point positioning,PPP)几个方面对北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)/准天顶卫星系统(Quasi-Zenith Satellite System,QZSS)及其组合系统在中国和日本及周边地区的定位性能进行评估与分析。分析结果表明:QZSS与BDS系统组合,卫星数增加,能提供较好的空间几何构型分布,从而保证了定位的精度、可靠性和可用性;由于QZSS卫星的星座结构与BDS卫星类似,其多路径效应的变化规律表现出与BDS卫星一致性的特点;BDS和QZSS卫星各频点信号的信噪比与高度角相关趋势几乎相同,相同高度角条件下,地球中轨道(medium earth orbit,MEO)卫星信噪比要比倾斜地球同步轨道(inclined geosynchronous orbit,IGSO)卫星高2～3 dBHz;静态PPP和动态PPP方面,在高度角较大时(40°),BDS+QZSS组合比BDS单系统在低高度角情形下改善更为明显。E、N和U方向静态PPP改善率可达20%以上,动态PPP改善率可达30%以上。QZSS系统卫星对日本、中国以及周边区域BDS定位具有一定的补充和增强作用,在信号易遮挡的复杂环境(如城市、建筑物密集区、山区、树林等)下,具有较好的应用价值。     

QZSS与BDS-3组合伪距单点定位精度分析

针对当前BDS-3/QZSS组合定位性能,基于MEGX跟踪站实测数据,分析了BDS-3/QZSS兼容频率与非兼容频率组合的伪距单点定位精度.经研究发现,当前BDS-3单系统伪距单点定位精度能满足普通定位要求;而BDS-3/QZSS组合较BDS-3单系统在卫星可见数、卫星空间几何构型、伪距单点定位精度等方面均有明显改善;QZSS系统L1、L5频率对BDS-3系统兼容频率伪距单点定位精度的提升优于非兼容频率,兼容频率定位精度约提升了34％.     

IRNSS和QZSS在各自主服务区域的L5定位性能评估：独立系统与GPS联合

印度区域导航卫星系统（IRNSS）与日本准天顶系统（QZSS）是近年来宣布正式运行的两个区域卫星导航系统。本文首先评估了IRNSS和QZSS在各自主服务区域的L5信号单点定位性能。然后,为了探究导航星座结构差异对各区域系统联合GPS在城市峡谷环境下定位性能的影响程度,详细对比分析了卫星截止高度角为5°、15°、25°、35°、45°、55°时各区域系统在其主服务区内联合GPS定位的表现。结果表明：① IRNSS在其主服务区内可提供全天连续独立L5定位服务,水平方向定位精度小于2.50m,高程方向定位精度小于4.10m;② QZSS在其主服务区内只能提供全天部分时段的独立L5定位服务,水平方向定位精度小于4.80m,高程方向定位精度小于7.40m;③由于QZSS独特的星座结构,其在主服务区城市峡谷环境中联合GPS定位的性能要优于IRNSS在其相应主服务区联合GPS定位的表现,尤其是在天空视野有限的情况下。本文结果对决策者设计新的区域导航系统具有一定的参考价值。     

北斗三号卫星导航定位性能提升的定量分析

为了定量研究BDS-3卫星加入BDS系统后,对BDS系统定位性能的改善情况。该文在平均可见卫星数、平均PDOP值的基础上,构建出可见卫星数提升度D_(NSAT)、PDOP值改善度D_(PDOP)、定位精度提升度D_(spp)、最大截止卫星高度角扩展度DMA、系统可用性KS、区域精细度DD_(PDOP)等定位性能评价指标,对每颗BDS-3卫星加入后BDS系统的定位性能进行了定量分析。结果表明,BDS-3不仅扩大了BDS-2的覆盖范围,还提升了BDS系统的各项性能指标;在PDOP阈值为1.5、2.0、2.5时,亚太地区加入8颗BDS-3卫星后,相比BDS-2系统可用性增加了94.25%、49.72%、7.86%,DD_(PDOP)值改善了76.5%;在PDOP阈值为4.0、5.0、6.0时,全球范围加入8颗BDS-3卫星后,相比BDS-2可用性增加了12.98%、11.54%、16.38%,DD_(PDOP)值改善了58.0%。     

BDS/GPS非差误差改正数的实时动态定位方法

针对我国地区观测数据的实验定位结果精度问题,该文提出BDS/GPS非差误差改正数的实时动态定位方法,研究了BDS/GPS单参考站非差实时动态定位算法模型,流动站使用非差误差改正数,不需要进行双差观测值的组合。参考站将非差误差改正数传递给流动站,对流动站的观测值进行误差改正,可以直接固定流动站的模糊度。实验表明:在我国南方地区BDS精度要优于GPS,而在北方地区,BDS/GPS定位精度和GPS定位精度明显优于BDS。并且与单系统相比,组合系统的可视卫星数明显增加,改善了卫星空间几何分布结构,从而提高了导航定位的可用性和精度。     

风云三号D星天基BDS实时定位性能分析

随着北斗三号卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system-3, BDS-3)开始向全球提供导航服务,独立使用BDS为在轨运行的卫星提供全球覆盖、全时段的定位服务成为可能。结合风云三号D星(FengYun-3D, FY-3D)全球卫星导航系统掩星探测仪(global navigation satellite system occultation sounder, GNOS)的真实在轨数据对天基BDS的定位性能进行了详细的分析。首先,使用BDS真实广播星历计算了在不同轨道高度下的可见卫星数和定位精度因子（position dilution of precision, PDOP）,并结合精密星历分析了广播星历的轨道误差、时钟误差及空间信号测距误差(signal-in-space range error, SISRE)。仿真结果表明,在95%的置信水平下,从地面到2 000 km的轨道高度,BDS在全球范围内最小可见卫星数为6,最大PDOP小于5,星座可用性已经达到100%,全球平均可见卫星数BDS比GPS(global positioning syste...     

GNSS广播星历轨道和钟差精度分析

为了对多个全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）当前的广播星历精度进行一个全面的分析,对比了2014—2018年共5 a的GNSS广播星历与精密星历,并对全球定位系统（global positioning system, GPS）、格洛纳斯卫星导航系统（global navigation satellite system, GLONASS）、伽利略卫星导航系统（Galileo satellite navigation system, Galileo）、北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system, BDS）、准天顶卫星系统（quasi-zenith satellite system, QZSS）等5个系统的广播星历长期精度变化进行了分析。结果表明:5 a中GPS的广播星历轨道及钟差精度最稳定;GLONASS的广播星历轨道精度稳定性较好,但其钟差精度存在较大的离散度;Galileo得益于具备全面运行能力（full operational capability, FOC）卫星的大量发射及运行,其广播星历轨道、钟差精度大幅度变好,切向轨道、法向轨道与钟差精度已赶超GPS;BDS的广播星历轨道精度离散度较大,钟差精度出现不稳定现象;QZSS的广播星历轨道与钟差精度的稳定性与离散度相对最差。以2018年1 a的广播星历与精密星历为例分析了各个系统当前的广播星历精度,结果表明,当前GPS、GLONASS、Galileo、BDS、QZSS的考虑轨道误差与钟差误差贡献的空间信号测距误差（signal-in-space ranging error,SISRE）分别为0.806 m、2.704 m、0.320 m、1.457 m、1.645 m,表明Galileo广播星历整体精度最高,GPS次之,其次分别是BDS、QZSS和GLONASS。只考虑轨道误差贡献的SISRE分别为0.167 m、0.541 m、0.229 m、0.804 m、0.675 m,表明GPS广播星历轨道精度最高,其次分别是Galileo、GLONASS、QZSS和BDS。GPS卫星广播星历中新型号卫星的钟差精度总体要优于旧型号卫星。     

GPS,Galileo, QZSS and IRNSS differential ISBs: estimation and application

Knowledge of inter-system biases (ISBs) is essential to combine observations of multiple global and regional navigation satellite systems (GNSS/RNSS) in an optimal way. Earlier studies based on GPS, Galileo, BDS and QZSS have demonstrated that the performance of multi-GNSS real-time kinematic positioning is improved when the differential ISBs (DISBs) corresponding to signals of different constellations but transmitted at identical frequencies can be calibrated, such that only one common pivot satellite is sufficient for inter-system ambiguity resolution at that particular frequency. Recently, many new GNSS satellites have been launched. At the beginning of 2016, there were 12 Galileo IOV/FOC satellites and 12 GPS Block IIF satellites in orbit, while the Indian Regional Navigation Satellite System (IRNSS) had five satellites launched of which four are operational. More launches are scheduled for the coming years. As a continuation of the earlier studies, we analyze the magnitude and stability of the DISBs corresponding to these new satellites. For IRNSS this article presents for the first time DISBs with respect to the L5/E5a signals of GPS, Galileo and QZSS for a mixed-receiver baseline. It is furthermore demonstrated that single-frequency (L5/E5a) ambiguity resolution is tremendously improved when the multi-GNSS observations are all differenced with respect to a common pivot satellite, compared to classical differencing for which a pivot satellite is selected for each constellation.     

G PS 与北斗伪距单点定位性能对比分析

为分析北斗系统正式向亚太地区提供区域服务以来其伪距单点定位精度,以及与G PS伪距单点定位精度进行比较,本文采用C＋＋独立编写了G PS和BDS的伪距单点定位程序,并对武汉大学在亚太地区布设的北斗系统连续观测基准站网在2013年1月15日所采集的G PS和北斗的数据进行解算。通过比较G PS和北斗在一天中各个单历元解的散点分布,N、E、U方向的偏差,PDOP值和可见卫星数的变化,来比较GPS与北斗伪距单点定位的性能。实验结果表明：G PS与北斗的伪距单点定性能相差不大,G PS的定位精度可以保证15 m以内,而北斗系统的定位精度优于20 m 。     

BDS/GPS组合定位可靠性分析与粗差探测研究

全球导航卫星系统多系统融合定位是未来无人驾驶等智能应用的关键基础设施,无人驾驶等智能应用经常需要面对城市等复杂环境,由于受到建筑物的遮挡与多路径的影响,观测值出现误差的概率也在不断增加,因此分析多系统融合定位可靠性并进行粗差的探测识别,确保定位结果准确可靠具有重要意义。基于可靠性理论与假设检验粗差探测方法,采用MGEX(multi-GNSS experiment)测站数据进行可靠性评估与粗差探测实验。实验结果表明,BDS(BeiDou navigation satellite system)/GPS(global positioning system)组合下,双频IF(ionospheric-free)组合定位解算的最小可探测粗差与最大不可探测粗差对定位的影响值较单BDS解算分别下降了7.105 m、22.368 m,双系统较单系统可靠性提升明显。BDS/GPS组合下,双频IF组合定位解算的最小可探测粗差与最大不可探测粗差对定位的影响向量较单频解算结果下降了4.105 m、1.621 m,双频数据较单频数据的可靠性更优。基于可靠性评估结果开展了模拟粗差探测实验,结果表明,双频观测值包含...     

低纬度高海拔地区BDS/GPS/GLONASS非差非组合PPP性能分析

本文在简述非差非组合理论模型以及参数估计的基础上,结合IGS/MGEX精密轨道和精密钟差等产品,对地处低纬度高海拔的云南地区进行了BDS/GPS/GLONASS系统非差非组合PPP性能分析。通过试验研究分析得出,在该地区单系统定位模式下可视卫星数为BDS>GPS>GLONASS;组合模式下,BDS系统与其他系统的可视卫星数基本都大于GPS跟GLONASS系统组合,可视卫星数依次为GRC>GC>RC>GR,PDOP值依次为GR>RC>GC>GRC。其中,组合模式下可视卫星数基本是单系统可视卫星数的2~3倍,表明在低纬度高海拔地区BDS系统的贡献大于其他两系统。多系统组合能够获得更好的卫星几何构型,较单系统有显著的优越性。在定位精度上,7种组合模式下定位精度基本能达到厘米至毫米级。