多卫星组合的GPS-MR土壤湿度反演

单天中卫星低高度角状态持续时间较短，导致基于单颗GPS卫星多路径信噪比SNR的土壤湿度反演时间分辨率较低。为保证土壤湿度反演结果的可靠性和准确性，同时改善土壤湿度反演的时间分辨率，顾及信噪比有效高度角区间，提出一种基于多GPS卫星组合的GPS-MR高时间分辨率土壤湿度反演方法。实验结果表明，多卫星延迟相位组合能较好地表征土壤湿度变化趋势，二者相关系数优于0.92；土壤湿度反演时间分辨率由1 d提升为2 h。     

信号易遮挡地区GPS/BDS双频单历元短基线解算精度分析

信号易遮挡地区GPS、BDS单系统可见卫星个数少，无法达到相对定位的最低要求。讨论了GPS/BDS组合单历元基线解算模型，在多种模拟环境下将GPS/BDS联合解算结果与GPS和BDS单系统在可见卫星数、模糊度固定成功率、定位精度等方面进行对比分析。结果表明，相对于单系统单历元基线解算，GPS/BDS组合大大增加了可见卫星数，提高了模糊度固定成功率，并在极端的观测条件下有效地改善了定位精度，使信号易遮挡地区双频单历元基线解算精度可以达到cm级甚至mm级。     

BDS/GPS单历元阻尼LAMBDA算法及其在边坡变形监测中的应用效果分析

论述了BDS/GPS双系统组合下的单频单历元阻尼LAMBDA算法原理,并基于该算法实现一种实时远程变形监测系统。以理县某边坡变形监测应用为例,比较了GPS、BDS及其组合系统下的观测条件和阻尼LAMBDA算法定位效果：BDS的观测卫星数多于GPS,PDOP值相较于GPS也更加稳定;BDS单历元解标准差在N、E、U方向上分别为0.40 cm、0.31 cm、1.00 cm,优于GPS的0.61 cm、0.40 cm、1.74 cm。长期实验结果表明,在我国南部边坡监测中,BDS相比GPS具有一定优势。理县边坡23个月内位移量显著,3个监测站平均位移在N、E、U方向上分别达到8.70 cm、43.63 cm、18.03 cm。强降雨是引起土质山体滑坡的主要因素,使用累积降雨量和累积位移量建立线型回归模型,线性相关系数在0.98以上。在边坡监测中,可将实时的位移数据和降雨数据作为滑坡预警的重要依据。     

GPS/BDS-2/Galileo混合双差相对定位模型应用于短基线精密定位研究

对单/双频GPS/BDS/Galileo混合双差相对定位模型算法进行研究,推导了GPS/BDS/Galileo混合双差相对定位模型。选择短基线数据进行实验,对GPS、GPS/BDS标准双差、GPS/BDS混合双差、GPS/Galileo混合双差以及GPS/BDS/Galileo混合双差解算模式在定位精度、模糊度固定速度方面进行对比分析。结果表明,相对于GPS单系统或GPS/BDS双系统标准双差解算模式,双系统或三系统混合双差解算模式能有效提高模糊度首次固定时间,定位精度也有一定程度的提升。     

卫星截止高度角和系统组合对GNSS PPP精度影响研究

为研究卫星截止高度角和GNSS系统组合对PPP精度的影响,对部分MGEX观测站10 d的实测数据分别进行24 h的精密单点定位数据处理,分析了5°~55°不同截止高度角下单系统GPS、BDS、GLONASS、双系统GPS/BDS、GPS/GLONASS、GLONASS/BDS、三系统GPS/BDS/GLONASS组合的可见卫星数以及定位精度。在确定的系统组合情况下,对不同截止高度角的定位精度分析表明,单系统定位的截止高度角应设置在30°以下,双系统应设置在40°以下,多系统应设置在55°以下;所有组合方式的最优截止高度角均在7°~15°;在确定的卫星截止高度角情况下,对不同系统组合的定位精度分析表明,当截止高度角小于40°时,定位精度最高的为GPS/BDS/GLONASS,最低的为BDS,其他系统组合居中;当截止高度角小于25°时,系统组合对定位精度的影响较为明显,随着截止高度角的增大（从25°到40°时）,这种影响逐渐减小,当截止高度角进一步增大至40°时,主要依靠BDS卫星定位,能够进行定位的系统组合定位精度基本相当。     

多遮挡环境下BDS/GPS组合动态差分处理算法及性能分析

研究BDS/GPS组合载波相位动态差分定位算法，讨论加入BDS后对模糊度固定的影响，针对部分区域有较严重信号遮挡的实测动态数据，分别进行单GPS和BDS/GPS组合解算。结果表明，相比单GPS，加入BDS后增加了共视卫星数目，改善了卫星几何结构，模糊度解算成功率和可靠性得到明显提高。多遮挡环境下测试数据显示，BDS/GPS组合的定位精度远高于单GPS，东向和北向精度优于8 mm、天向为16 mm，而单GPS东向仅为3 cm、北向和天向约8 cm。     

BDS/GPS/GLONASS兼容的CORS站观测数据质量分析与评定

随着北斗导航定位系统(BDS)的逐步建立和发展,我国的CORS站点需要逐步升级兼容BDS系统,升级后需要对CORS站观测数据进行质量分析和评定。本文分析了BDS/GPS/GLONASS兼容的CORS站观测数据并对数据质量进行了综合评定。详细介绍了多星座观测数据多路径计算方法,并以长沙CORS中大瑶、花明楼两个多星座基准站为例,利用TEQC软件对原始观测数据进行分析,对单GPS及GPS加BDS双系统观测数据质量进行综合评定。结果表明,大瑶站与花明楼站的多系统观测数据的多路径效应比单系统的减小了35%-55%,最大为0.054m,可见卫星数增加了一倍多,双系统观测数据的DOP值可以稳定保持在1~2,数据利用率为100%,观测数据质量较高。升级后兼容BDS的多系统基准站观测数据具有较高的质量以及稳定性。     

多频BDS-3/Galileo/GPS长基线相对定位性能分析

为充分发挥BDS-3和Galileo多频信号的定位优势,对BDS-3和Galileo四频宽巷组合进行优选,并基于优选后的组合构建适用于BDS-3单系统、Galileo单系统、BDS-3/Galileo双系统和BDS-3/Galileo/GPS三系统的多频定位模型,通过对多频长基线数据进行测试,对比分析4种定位模式下的定位精度和稳定性。结果表明,在对长度超过500 km的长基线进行定位解算时,BDS-3单系统定位精度优于Galileo单系统;水平和垂直方向上BDS-3/Galileo双系统组合定位精度均可达到dm级,较BDS-3单系统提升幅度分别在10%和25%以上,稳定性也有明显改善;BDS-3/Galileo/GPS三系统定位精度较双系统也有提升,提升幅度在10%左右;双系统和三系统的相对定位精度均达到1×10^-9 m量级,可以满足长基线精密定位要求。卫星系统的增加不仅可增大可视卫星数,还可增强卫星的几何结构,从而有效提高定位精度和稳定性。     

星载GNSS-R地表土壤湿度反演方法的对比与评价

应用气旋全球导航卫星系统(cyclone global navigation satellite system, CYGNSS)的星载反射测量遥感数据和土壤湿度主被动项目(soil moisture active passive, SMAP)发布的土壤湿度产品,对2种星载全球导航卫星系统反射测量(global navigation satellite system reflectometry, GNSS-R)地表土壤湿度反演建模方法进行对比与评价。结果表明,在单个格网上直接对标定的有效反射率和SMAP参考土壤湿度回归建立线性模型,反演得到的地表土壤湿度精度远高于格网统一建模的反演精度。使用1 a的CYGNSS陆地观测数据建立的反演模型已经具有极高的时域稳定性。5个月的测试数据表明,单格网模型反演的地表土壤湿度RMSE可达0.056 cm³/cm³,相关系数达0.9。     

基于小波分析辅助GPS-IR反演土壤湿度研究

GPS-IR是一种基于卫星反射信号的新的遥感技术,利用SNR观测值中的卫星反射信号可实现土壤湿度的反演。针对卫星反射信号分离问题,提出一种基于小波分析的卫星反射信号分离新方法。实验表明,采用小波分析能够针对不同卫星的信噪比观测值作出相应变化,有效分离卫星直射信号,获取更加准确的卫星反射信号;采用线性回归模型能够很好地表示相对延迟相位与土壤湿度之间的相关性,通过小波分析获取的结果相对于低阶多项式结果有明显提高。     

Kalman滤波在GPS/BDS组合伪距差分定位中的应用

随着各国卫星导航系统的蓬勃发展,单一的GPS系统时代正逐步转变为多系统并存且兼容的全球性卫星导航系统(GNSS)时代。相比于单一卫星导航系统,多系统组合将显著增加可视卫星数目、改善卫星空间几何结构,多系统组合导航定位将是必然的发展趋势。滤波算法是减小GNSS定位随机误差的重要方法,利用非线性滤波方法可消除多种随机误差,从而提高导航定位精度。该文实现了基于Kalman滤波的GPS/BDS组合的伪距差分定位,并将其与最小二乘方法进行比较。实验结果表明:基于Kalman滤波的GPS/BDS伪距差分的定位精度能达到分米级,在差分定位解算过程中,多卫星系统伪距差分精度明显优于单卫星系统伪距差分精度,Kalman滤波解算的精度明显优于最小二乘解算的精度。     

不同截止高度角多模GNSS组合单点定位性能分析

讨论多模GNSS时空统一方法,建立多模单点定位数学模型。采用8个测站的实测数据,对比单GPS与GPS/GLONASS/BDS/Galileo四大GNSS组合多模系统在截止高度角分别为15°、30°、45°时的单点定位性能。结果表明,15°时,多模较单GPS定位精度有一定改善,但效果不明显| 30°、45°时,单GPS不能实现实时定位,多模则能提供稳定可靠的实时定位结果。在北斗卫星导航系统可见卫星数较多的亚太区域,95%以上历元可用,水平方向偏差RMS<8 m,高程方向偏差RMS<20 m,对城市峡谷和密林中导航具有一定的参考价值。     

北斗在南/北极地区的基本定位性能评估

基于BDS、GPS系统的星座结构，对当前的BDS二代导航系统（BD2）、全部建成后的BDS系统在极地科考站（黄河站、昆仑站、中山站、长城站）和北极圈的可见卫星数、DOP值、定位精度等进行评估，并将建成后的BDS、GPS及其组合系统在南/北极的基本定位性能进行对比分析。仿真结果表明，当前的BD2只实现了极地的部分覆盖，对极地提供导航定位的能力有限，大范围内的定位精度大于30.0 m； BDS在极地的定位精度将与GPS相当，可见卫星数可达13颗左右，PDOP值优于1.6，定位精度优于8.0 m；GPS/BDS组合后在极地的PDOP值优于1.4，定位精度优于6.0 m。
     

不同故障模式下的GNSS ARAIM性能评估

分析只考虑卫星故障以及同时考虑卫星故障和星座故障时,GNSS双星座、三星座以及四星座组合的ARAIM性能,通过实测数据分析地面测站在LPV-200下的ARAIM性能,并进一步仿真GNSS ARAIM在世界范围内LPV-200下的可用性。实测和仿真结果表明,ARAIM可用性由赤道向两极递减,呈对称分布;BDS作为异构星座,能够显著增加亚太地区的ARAIM可用性。相较于双星故障,单星和单星座故障同时发生时,GPS+BDS的ARAIM可用性下降幅度较大;GPS+GLONASS+BDS和GPS+GLONASS+BDS+Galileo的ARAIM可用性下降幅度较小。     

BDS载波相位时频传递性能分析

采用GFZ精密卫星轨道、钟差和MGEX测站观测数据，分析BDS载波相位时频传递性能。在KARR站BDS可视卫星数较多（平均为10.1颗）时，BDS时间传递精度为0.2 ns，与GPS、GLONASS相当；在PTVL站BDS可视卫星较少（平均为6.9颗）时，平均TDOP为3.5，大于GPS和GLONASS，其时间传递精度较低，仅为0.68 ns，差于GPS和GLONASS。目前，由于BDS全球跟踪站有限，MEO卫星较少，BDS收敛时间长于GPS和GLONASS。两测站三系统频率传递结果和频率稳定度结果基本相当，变化趋势一致。因测站KARR、PTVL未配备高稳定度的原子钟作为外接频标，得到的频率传递精度和频率稳定度较差。     

BDS参考站间低高度角卫星三频整周模糊度解算方法

针对BDS参考站间低高度角卫星整周模糊度受大气延迟误差影响较大、难以正确固定等问题,提出一种BDS参考站间低高度角卫星三频整周模糊度确定方法：首先根据超宽巷整周模糊度长波长的优势确定双差超宽巷整周模糊度,并利用其与双差宽巷组合观测值所受电离层延迟误差较为接近的特性搜索确定双差宽巷整周模糊度;然后将双差整周模糊度之间的线性关系作为约束条件,高高度角卫星双差整周模糊度根据双频无电离层组合模型确定;利用固定模糊度的高高度角卫星建立参考站间双差电离层延迟误差空间线性模型,实现对低高度角卫星电离层延迟误差的削弱;最后将固定双差整周模糊度的高高度角卫星双差载波相位观测方程作为距离约束,进一步搜索确定低高度角卫星的双差整周模糊度。     

基于区域监测站的BDS定轨策略分析

围绕影响轨道精度和实时性的5个要素（模糊度分类固定、测站数量、定轨弧长、太阳光压模型和多系统组合）展开研究，得出区域测站分布下的定轨优选策略。实验表明，选取中国区域27个均匀分布的地面区域监测站，利用72 h弧长观测数据，采用ECOM 5参数简化太阳光压摄动模型、BDS/GPS双系统联合定轨可达到较好的精度，其中GEO卫星轨道精度约291 cm，IGSO/MEO卫星轨道精度优于11 cm。若BDS单系统采用上述策略进行定轨，也可达到GEO卫星299 cm和IGSO/MEO卫星14.4 cm的近似等价定轨精度。