广域差分产品性能评估关键技术探究

广域差分定位是卫星导航系统应用领域的前沿技术与研究热点,可为用户提供亚米级甚至厘米级精度的实时定位服务,其产品性能的综合评估和评价对用户至关重要。本文基于我国广域差分精密轨道、钟差、电离层产品特性,设计了一套实时产品性能评估方案,解决了实时产品量化评价关键技术问题,实现了产品连续性、时效性、有效性、定位精度等实时性能自动化监测,以及产品事后精度自动化评定,可为广域差分用户提供实时产品性能量化参考指标。     

电离层电子浓度总含量梯度对GPS差分定位精度的影响

针对GPS定位测量的信号传播路径误差,分析了电离层电子浓度总含量梯度对差分定位精度的影响,利用L1载波重点讨论了1999年-2000年太阳活动期间低纬度赤道异常地区GPS差分定位精度的问题,同时验证对于长基线采用GPS广域差分技术可以使电离层定位误差得到明显提高。     

分布式广域差分GPS实时定位系统

针对普通广域差分ＧＰＳ实时定位系统中对数据通讯链的高要求,提出分布式广域差分ＧＰＳ实时定位系统,解决了预报精密星历、外推卫星相对钟差等技术难点。经过对该系统的中试实践,证明该系统对改善ＧＰＳ实时定位精度是有保障的。该系统的特点是降低数据通讯链工作频度和实时性的要求,并通过增设区域性差分基准站来计算卫星相对钟误差和电离层改正,以减少主控站的计算工作量。     

Android平台下实时BDS+GPS双系统广域差分定位技术研究

随着智能手机的普及,基于移动智能终端的位置服务应用正在飞速扩张。Android智能终端,因其性价比高而占据了大多数用户市场,但定位精度有待提升。因此,利用广域差分增强技术,提升室内外位置服务精度,成为当前研究热点。本文利用Android studio 2.2.2平台、Java语言及JNI技术,开发了BDS+GPS广域差分定位软件,该软件通过串口读取北斗移动终端原始卫星观测数据,进行差分数据流解析、实时轨道和钟差改正并实现增强定位。在移动终端硬件平台上,运行BDS+GPS实时WAAS软件,分析了定位结果,双系统单频广域定位精度为4 m左右,对于GNSS卫星技术在低成本移动终端位置服务中具有重要应用价值。     

北斗广域差分分米级定位的分区切换算法

从2017年1月开始，北斗系统在播发基本导航电文的同时，提供了包含实时轨道改正数、钟差改正数、电离层格网改正数和分区综合改正数四重广域差分参数，使得系统具备了基于系统广播的电文参数实现广域单站实时动态分米级定位的能力。实际应用表明，北斗系统播发的分区综合改正数存在中断的情况，使得实时定位存在因重新收敛而造成跳变的情况。本文分析了分区中断期间定位跳变产生的原因，提出一种适用于分区切换的广域差分分米级定位算法。采用中国境内7个北斗测站10 d的静态数据和车载动态数据对新算法进行评估验证。结果表明，在分区改正数中断的情况下，分区切换算法得到的坐标误差与使用连续分区综合改正数结果一致，双频动态定位水平和高程方向分别小于0.3 m和0.5 m，平均三维定位精度优于0.5 m；车载实时动态定位测试中，分区切换前后的单双频定位精度不受切换影响，与切换前保持一致。分区切换算法有效保证了分区改正数中断后北斗广域分米级实时动态定位的连续性。     

单频GPS实时定位精度分析

电离层延迟误差是单频GPS实时/事后定位误差的一个重要来源,目前尚无有效的方法来削弱其影响。针对这一状况,该文首先介绍了单频GPS改正电离层延迟误差的常用方法,通过分析说明了电离层格网数据能够有效改善单频GPS实时/事后定位误差。给出了电离层格网数据的建立、预报方法,并详细介绍了刺入点地心经纬度VTEC值的计算方法、四点格网法内插刺入点天顶方向的总电子含量以及单层模型投影函数。结合算例,分析比较了不同类型电离层改正数据与卫星星历数据对单频GPS实时/事后定位精度的影响。实验结果表明,利用电离层格网预报数据能够显著改善单频GPS的实时/事后导航定位精度,对提高单频GPS定位精度具有一定实用价值。     

综合伪距相位观测的北斗导航系统广域差分模型

我国区域北斗卫星导航系统为用户提供开放服务和授权服务两种服务方式,其中授权服务主要提供一维等效钟差改正数和完好性信息,实现更高精度的服务性能。北斗卫星导航系统提供的实时差分信息是基于CNMC平滑后的伪距观测数据计算,其精度受到残余伪距噪声的限制。为提升系统广域差分服务性能,本文提出了一种广域差分新模型。该模型综合了伪距及相位观测数据,并新增了轨道改正数。模型中经相位平滑的伪距观测值用于定义钟差改正数和轨道改正数的基准,而相位历元间差分观测值用于计算约束差分改正数的高精度相对变化。论文分析了数据采样率、测站个数等因素对新模型的影响,并采用中国区域内的观测站数据对新模型进行精度验证。试验结果表明:(1)基于新广域差分模型的GEO卫星UDRE指标相对原有模型提升了27%,IGSO卫星指标提升了35%,MEO卫星指标提升了24%;(2)基于新的广域差分模型,用户在南北、东西、高程方向的伪距定位精度分别提升了23%、32%和52%,实现了北斗系统用户导航定位三维定位精度优于1m的指标。     

分布式广域差分GPS实时定位系统的技术特点

本文介绍了广域差分ＧＰＳ实时定位系统的基本思想、基本构成、工作流程和它的技术特点，针对广均差分ＧＰＳ实时定位系统中的数据通讯和难点，难过改进计算技术和软件的方法，提出了分布式广域差分ＧＰＳ这时定位系统。相对通常的广域差分ＧＰＳ实时定位系统来说，该“分布式”的技术特点是以预报精密星历来代替星历差分改正；设立地区性差分基准站来计算星钟差分改正和电离层差分改正；极大的降低了主控站和跟踪、用户站之间的大范     

北斗广域实时精密定位服务系统研究与评估分析

采用IGS、MGEX、北斗地基增强网的实时观测数据,研制北斗广域精密定位服务系统,实时生成北斗高精度轨道、钟差、电离层产品,提供厘米级北斗双频PPP、分米级单频PPP、米级单频伪距定位服务。对实时产品评估分析的结果表明:北斗卫星实时轨道与钟差产品URE统计精度约为2.0cm,实时电离层精度优于4.0TECU。采用全国分布的实时测站动态定位精度(95%置信度)评估分析表明:北斗双频PPP精度存在明显的区域特征,高纬度以及西部边缘地区的定位精度平面约0.2m,高程约0.3m;中部地区定位精度平面优于0.1m,高程优于0.2m,接近GPS实时PPP精度水平;北斗与GPS融合可以提高单北斗、单GPS的定位性能,尤其是显著加快了PPP收敛时间,收敛时间缩短到20min内。另外,除边缘地区外,北斗单频PPP实现平面0.5m,高程1.0m;北斗单频伪距单点定位实现平面2.0m,高程3.0m。     

鞍山区域电离层模型构建及GNSS应用研究

针对电离层延迟误差目前是GNSS导航定位精度最重要误差源的现状,通过GNSS参考站或跟踪站实测数据计算电子总含量值,建立区域电离层模型,监测区域电离层变化,进而找到削弱或消除电离层延迟误差影响方法。利用曲面拟合实现建模,在模型的建立过程中通过对不同的模型阶数进行设置,对比不同情况下的模型精度,从而确定特定区域内最佳数据采样间隔及阶数设置,并在最佳阶数设置情况下,比较了预报不同时段的精度,进而对延迟量预报问题进行探讨,得出一些有益结论。可以通过该模型单独解算流动站站点的实时电离层延迟信息,这对多基站CORS的站间距离选择和单基站CORS基准站和流动站之间距离设计,尤其对提高单频接收机以及GIS产品用户的定位精度和差分模型的覆盖范围都具有实际参考意义。     

电离层扰动对局域增强系统的影响分析

卫星导航局域增强系统采用差分技术实现高精度定位能力。电离层扰动现象将对局域增强系统产生严重影响。电离层暴降低了电离层延迟空间相关性,进而影响差分定位的精度;电离层闪烁引起卫星信号质量和测量质量的降低,同时伴随闪烁产生的电离层电子密度不均匀体也会降低电离层延迟的空间相关性,影响差分定位精度。电离层扰动对局域增强系统的影响应通过接收机设计、增强系统设计、完好性实现方法等多方面的改进加以应对。     

BDS格网点电离层信息性能评估

电离层延迟是造成卫星导航系统误差的重要来源之一,因此，电离层延迟的修正精度直接影响用户定位精度．随着北斗卫星导航系统（BDS）全面服务亚太地区,用户对BDS高精度定位导航服务的需求日益迫切．同时BDS将基本导航服务和广域差分服务进行了一体化设计,为用户发布了高更新频率的格网点电离层信息,有效提升了用户的定位精度．本文利用2017年1月—2018年10月的数据对BDS格网点电离层信息的服务范围和服务精度进行评估,结果表明:格网点电离层信息有效覆盖区域基本覆盖中国区域,修正偏差约1.62 TECU,修正率约为86.7％;格网点电离层信息修正精度具有季节变化,冬季修正精度较低且波动较大,修正率约为82％,其他季节修正率均优于87％;修正偏差、修正率白天均高于夜间;格网点电离层信息具有较强的抗拢动能力．      

打造覆盖全球的星基增强服务系统——记合众思壮创新提升北斗全球竞争力

正星基增强服务系统(satelite based augmentation systems;SBAS),也叫广域差分增强系统,是一种通过卫星向用户播发星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多种修正信息,实现对于原有卫星导航系统定位精度的改进增强手段。目前全球发展的S B A S系统主要有欧空局接收卫星导航系统(EGNOS),覆盖欧洲大陆;美国的DGPS(Differential GPS)和广域增     

MGEX差分码偏差产品对BDS-3伪距单点定位的影响研究

为研究不同差分码偏差(differential code bias,DCB)产品对BDS-3伪距单点定位的影响,推导了BDS-3单频和双频无电离层组合伪距单点定位卫星端DCB改正模型,基于多模全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）实验跟踪网发布的中国科学院(Chinese Academy of Sciences, CAS)和德国宇航中心(Deutsches Zentrum für Luftund Raumfahrt,DLR)两种DCB产品,并结合全球不同纬度均匀分布的国际GNSS服务测站连续7天的BDS-3实测数据对B1I、B1C和B2a单频与B1C/B2a、B1I/B3I两种常用无电离层组合伪距单点定位精度进行对比分析。实验结果表明,在B1I、B1C、B2a 3种频率和B1C/B2a、B1I/B3I两种组合中,CAS产品改正后的定位精度整体上优于DLR产品,具体来说,定位精度的平均值在E、N、U 3个方向上分别提高了3 cm、1 cm和6 cm。     

大众智能手机精密定位与结果分析

随着移动互联网的发展与智能手机的普及，大众用户对高精度位置服务的需求日益增加。目前Google公司Android操作系统已开放GNSS原始观测值接口，采用智能手机实现传统适用于专业设备的PPP、RTK等高精度定位成为可能，因此采用原始观测值进行智能手机高精度定位成为研究热点。本文基于协同精密定位服务平台提供的实时轨道、实时钟差与电离层产品信息，实现了智能手机的PPP高精度定位处理。通过实测验证表明：在理想观测条件下，主流智能手机小米8与华为P10实现PPP定位精度水平优于1 m，相对标准伪距单点定位精度分别提高36%和47%。     

不同长度基线的电离层处理策略

针对不同长度的基线,受双差之后电离层延迟影响不同,提出一种新的电离层处理策略。对短、中、长基线处理分别采用3种不同的数学模型:电离层固定模型,电离层加权模型,电离层浮点模型。通过3组不同长度基线实测数据处理表明,对应不同长度的基线,文中策略可以有效地提高模糊度固定率及定位精度。     

全球电离层模型的OpenMP多线程并行解算

探讨了OpenMP多线程技术在全球电离层建模中的应用。在日固地磁参考系下采用15阶次的球谐展开建立全球电离层模型,并对1天解、3天解两种方案的结果与IGS电离层产品进行了对比,电离层图偏差的均方根约3~5 TECU,且3天解的方案首尾两组电离层图与IGS产品符合得更好;卫星差分码偏差和接收机差分码偏差与IGS的差异分别约为0.2 ns和2 ns,仅有少数几个接收机差分码偏差在少数几天与IGS差异较大,超过3~4 ns。实验中使用Dell服务器R730（配置:128 GB内存、2个CPU、8个核心和32个线程数）,采用OpenMP多线程并行计算能够明显提高全球电离层模型的建模效率,单天解算仅需约7 min,3天解算需约22 min,效率提升近8倍。使用3 d观测数据并采用OpenMP多线程并行计算来建立全球电离层模型可有效节省建模时间,同时还能提高首尾两组模型系数的精度以进一步提升全球电离层模型的精度,对建模算法的测试、电离层产品的快速发布以及模型后续检验和预测等带来了便利,也为后续实现利用多卫星导航系统观测数据快速建立全球电离层模型提供了参考。     

广域实时精密定位与时间服务系统

广域实时精密定位与时间服务已成为GNSS应用领域研究热点,目前国内外学者围绕其模型算法已展开大量的研究。本文重点论述广域实时精密定位与时间服务数据的处理方法和服务系统,给出了基于不同基准约束的卫星钟差解算数学模型,提出通过引入外接原子钟测站、标准时间源(UTC/BDT)等不同时间基准,构建卫星拟稳基准、外接原子钟跟踪站拟稳基准及标准时间源等约束下的钟差解算模型,分析了时间基准对精密单点定位和精密单点授时的影响。本文采用实时卫星轨道、钟差、相位偏差、电离层延迟等服务产品及跟踪站实时数据,验证了系统产品可靠性及终端定位与时间服务性能。实测结果表明:GPS轨道径向精度1.8 cm,钟差STD精度约0.05 ns;BDS-3轨道径向精度6.7 cm,钟差STD精度优于0.1 ns;GPS和BDS-2电离层改正精度分别为0.74 TECU与1.03 TECU。基于该产品实现了用户端PPP、PPP-RTK及PPT、PPT-RTK服务,满足了用户实时厘米级定位和优于0.5 ns的单站时间传递服务,当采用GPS+BDS-2 PPP-RTK解算时,平面收敛至5 cm约需要12 min。     

电离层延迟高阶项对GPS精密单点定位精度影响分析

随着GPS卫星轨道、钟差及各种误差修正模型的不断精化,静态精密单点定位(PPP)定位精度达到mm级,进行电离层延迟高阶项较小量级的误差改正研究,对改进PPP数据处理策略具有重要的参考价值。本文利用分布在不同地理纬度的5个IGS跟踪站3天的观测数据,对比分析了电离层延迟二阶项、三阶项对GPS观测值精度及静态PPP定位精度的影响。分析结果表明,电离层延迟二阶项、三阶项对GPS观测值精度的影响分别为cm级和mm级,对低纬度地区PPP定位精度的影响大于3 mm,但对中高纬度的测站观测值、定位精度的影响比低纬度地区小很多。      

广域差分的全矢量法

针对广域差分改正矢量的组成元素集之一的电离层模型参数集,分别用Klobuchar模型和Georgiadou模型进行了分析和比较,详细推演了广域差分改正矢量估计的全矢量法.在统一的数学模型中给出了统一解算卫星星历误差、卫星钟差和广域差分基准站时钟误差的计算公式;对理想状态下的模型参数、基准站和跟踪的卫星的数量关系进行了探讨.