GPS和GLONASS组合的全球实测电离层TEC建模

根据高精度卫星导航和电离层活动监测的需要,利用全球238个GPS基准站的双频实测数据,通过建立球谐函数模型的同时解算电离层电子含量以及GPS与GLONASS卫星DCB及其相应的接收机DCB;将其结果与CODE、IGS分析中心的结果进行比较分析,表明该方法建立的模型是可靠的,其GPS和GLONASS卫星DCB相对于CODE精度优于0.1ns,相对于IGS精度优于0.2ns,其GPS测站DCB和GLONASS测站DCB相对于CODE和IGS精度优于1ns,垂直总电子含量相对CODE和IGS精度优于3TECU,组合结果精度高于组合前。     

不同约束条件对电离层电子含量和硬件延迟的影响

在不同约束条件下,分别利用中国区域附近11个GPS基准站,和全球230个GPS基准站一个月的双频实测数据,通过建立球谐函数模型同时解算电离层电子含量、GPS卫星和接收机的DCB。将其结果与CODE提供的结果进行比较,表明电子含量、GPS卫星与接收机的DCB组合不受约束条件的影响,且精度能达到2ns,垂直电子含量相对于CODE能改正90%。同时本文利用AR模型对球谐系数进行预报,根据预报系数得到的垂直电子含量相对准确率能达到80%以上,采用卫星DCB和时得到的垂直电子含量准确率略高于采用某颗卫星DCB固定。     

基于陆态网数据低阶球谐函数电离层区域建模

根据高精度卫星导航和电离层活动监测的需要,特别是中国北斗系统的运营,利用陆态网络200余个GPS基准站的双频实测数据,通过建立低阶球谐函数模型同时解算电离层电子含量、GPS卫星DCB;将其结果与CODE分析中心的结果进行比较.分析表明,该方法建立的模型是可靠的,其GPS卫星DCB相对于CODE精度优于0.3ns,垂直总电子含量相对CODE精度优于3TECU.     

山东区域电离层模型的建立及精度评估

针对电离层延迟改正对单频接收机用户带来误差较大的问题,该文基于球谐函数借助山东区域CORS双频观测数据建立山东区域电离层模型,并对硬件延迟偏差(DCB)和电子含量进行可靠性、稳定性分析,进一步使用单频精密单点定位(PPP)验证山东区域电离层模型的有效性。实验结果表明:测站DCB解算精度稳定在0.4ns内,解算卫星DCB与欧洲定轨中心(CODE)的偏差总体稳定在0.5ns内,区域电离层模型与CODE解算VTEC差值的均方根为1.22TECU,STD为0.93TECU,对山东区域单频PPP而言,山东区域电离层模型比CODE发布全球电离层模型在N、E、U方向精度明显提高。同时,建立的山东区域电离层模型从时间分辨率、空间分辨率上均优于CODE中心发布全球电离层模型。     

北斗系统硬件延迟解算及精度分析

差分码偏差(differential code bias,DCB)又称硬件延迟,是影响用户导航定位授时(pointing navigation timing,PNT)服务的主要误差源之一。GPS卫星的硬件延迟通常是在电离层建模过程中和电离层模型系数一起解得的,但是北斗系统目前仅是一个区域导航定位系统,无法通过单系统获得高精度的硬件延迟解。提出通过联合GPS和北斗卫星观测数据用低阶球谐模型建模的方式确定北斗卫星和接收机的DCB。实验数据表明在现有条件下采用该方式解算北斗卫星的DCB的精度在0.3ns左右,稳定性较好,且北斗地球静止轨道卫星(GEO)、倾斜同步轨道(IGSO)卫星DCB稳定性好于中轨道(MEO)卫星,北斗卫星DCB的稳定性要优于接收机。     

利用北斗观测实验网解算北斗卫星差分码偏差

差分码偏差(DCB)是电离层总电子含量(TEC)监测和建模的主要系统误差,卫星DCB也是卫星导航系统导航电文的重要参数。研究了卫星DCB的估计算法,推导了不同基准下DCB的转换公式,利用北斗观测实验网解算了2013年北斗卫星的DCB。在同一基准下分析了北斗卫星DCB的稳定性,并与MGEX发布的DCB产品进行了比较分析。实验结果表明,该方法解算的北斗卫星B1-B2DCB在-9~17ns之间,北斗卫星DCB的稳定性优于0.4ns;北斗倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)卫星稳定性优于地球静止轨道卫星(GEO)和中圆地球轨道卫星(MEO);利用北斗观测实验网解算的北斗卫星DCB与MGEX解算结果存在最大约1.7ns的系统偏差,可能由于测距码的不一致性所致;接收机硬件材质的不同是导致接收机DCB差异的主要影响因素。     

GIM和不同约束条件相结合的BDS差分码偏差估计

现阶段BDS卫星和地面跟踪站数量较少,用BDS单系统获取的DCB精度有限,针对此问题,本文基于CODE GIM,采用两种不同的"零均值"基准约束方案(分别称为约束1和约束2),选取2015年(DOY002-090)MGEX的BDS数据,求解BDS的DCB,并对其进行精度评估。结果表明,两种约束方案下,卫星DCB差值整体趋势一致,DCBC2I-C7I、DCBC2I-C6I的系统性偏差分别约为-3.3ns和1.2ns,接收机DCB的系统性偏差与卫星DCB大小相同,符号相反。相对于约束1,施加约束2后,IGSO和MEO卫星DCB估值更加稳定(DCBC2I-C7ISTD最大改善21%,DCBC2I-C6ISTD最大改善13%),IGSO和MEO卫星的稳定性(分别在0.1ns和0.2ns左右)优于GEO卫星(0.150.32ns)。约束2的DCB估值效果不仅与CAS/DLR产品有较好的一致性(Bias:-0.40.2ns),而且顾及了BDS卫星DCB间的稳定性差异。两种约束方案下,BDS接收机DCB的STD无明显变化,说明约束的选择对BDS接收机DCB的稳定性无明显影响。BDS接收机DCB稳定性整体上优于1ns,中高纬度区域较好(STD 0.4ns左右),低纬度区域稍差(STD 0.81ns)。     

全球电离层延迟建模及精度分析

采用中国测绘科学研究院iGMAS分析中心数据,建立全球电离层延迟模型,进行精度分析。结果表明,全球电离层球谐函数建模结果与CODE差值基本在0～4 TECU之间。大陆地区精度最高,基本在1 TECU以内;海洋地区以及南半球部分地区精度较差,最大能达到4 TECU;各卫星C1-P2的DCB结果与CODE差值在0左右波动,大部分在1.5 ns以内,说明本文的GPS/GLONASS卫星系统DCB精度与CODE相当。     

基于河北省CORS的区域电离层模型精度分析

为提高区域电离层模型和导航定位服务的精度,利用河北省连续运行参考站系统（CORS） 6个基准站的GPS卫星观测数据进行区域电离层建模和接收机差分码偏差（DCB）估计,并引入中国科学院（CAS）发布的电离层产品内插得到的垂直总电子含量（VTEC）进行区域电离层模型精度验证。实验结果表明,估计的单日GPS卫星DCB与产品值精度相当,偏差控制在0.5 ns以内;河北省CORS站GPS系统接收机DCB稳定性较好,5 d的标准偏差均小于0.1 ns;利用河北省CORS建立的区域电离层TEC在地磁平静期与磁暴期均与CAS产品值具有较高的一致性,TEC偏差控制在2 TECU以内。河北省区域电离层模型能有效监测电离层TEC在不同地磁状态下的时空变化,提高区域导航定位服务水平。     

跟踪站分布对非组合精密单点定位提取GPS卫星差分码偏差的影响

提出利用非组合精密单点定位获取跟踪站和卫星差分码偏差(differential code bias,DCB)的电离层观测量,并结合"IGGDCB(institute of geodesy and geophysics DCB)两步法"精确分离电离层斜延迟与DCB参数的新思路。为了研究跟踪站的分布对上述方法提取卫星DCB的影响,本文分别选取欧洲区域集中分布和全球均匀分布的不同数量IGS(international GNSS service)跟踪站,利用太阳活动高峰期间连续15d的实测数据进行卫星DCB的提取实验,并将结果与CODE(center for orbit determination in Europe)发布的DCB当月产品进行比较。实验结果表明,本文提出的方法可以精确提取卫星DCB,其精度优于载波相位平滑码方法,其中,采用欧洲区域的跟踪站提取差异的RMS优于0.2ns,而全球分布的跟踪站提取差异的RMS优于0.1ns,全球布站有利于同时提高RMS和单天解稳定性,并且随着跟踪站数量的增加,卫星DCB单天解的稳定性将会得到提高。     

基于北斗三频的BDS/GPS宽巷模糊度逐级单历元固定方法

利用北斗三频超宽巷模糊度波长较长易于固定的优势,提出一种基于北斗三频的BDS/GPS宽巷模糊度逐级单历元固定方法。首先利用载波和伪距组合固定BDS(0,-1,1)和(1,4,-5)两个超宽巷模糊度,根据固定后的超宽巷模糊度变换得到BDS宽巷模糊度(1,-1,0),然后将BDS宽巷模糊度作为约束条件与GPS宽巷观测方程联立得到GPS宽巷模糊度浮点解和其方差协方差阵,最后采用LAMBDA算法实现GPS宽巷模糊度的固定。实验结果表明,BDS超宽巷组合可实现100%固定,采用BDS约束GPS宽巷模糊度固定时ratio值均大于2,大于5的占97.8%以上,因此文中提出的方法可实现BDS/GPS双系统宽巷模糊度单历元固定,有效提升GNSS模糊度解算的时效性。     

GPS、BDS、GPS+BDS精密单点定位精度评估

由于北斗系统卫星正式完成组网,因此有必要对BDS系统性能进行精度评估与分析。本文选取了MGEX网所采集的31 d观测数据,对比分析了GPS、BDS、GPS+BDS不同情况下静态与动态精密单点定位精度。试验结果表明,GPS和BDS单系统静态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于4、4、7 cm;GPS+BDS组合系统静态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于3、3、6 cm;GPS单系统动态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于5、5、10 cm;BDS单系统动态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于5、6、12 cm;GPS+BDS组合系统动态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于4、4、8 cm。因此组合系统相对于单系统可提高定位的稳定性和定位精度,尤其在动态PPP的情况下,组合系统的优势更为明显。     

北斗卫星导航系统RTCM电文类型预定义研究

在差分GNSS数据传输协议RTCM2.3的基础上,针对COMPASS逐渐建设发展的现状,分析了已有GPS和GLONASS的RTCM电文格式,根据COMPASS特有的信号结构、坐标基准、时间基准等特性,尝试提出了8种支持COMPASS系统的RTCM电文,并给出部分电文类型的具体格式。以便于COMPASS用户使用此数据传输协议进行差分定位。     

BDS卫星可用性评估

为评估BDS卫星可用性,基于可靠性原理,分析BDS星座MEO空间备份策略的影响因素,进一步根据BDS卫星发生故障的实际情况,分析了BDS卫星故障对单星可用性的影响。结果表明:在BDS的MEO备份卫星的轨道设计过程中,备份卫星轨道高差约束必须综合考虑轨道倾角容许漂移量和卫星平均中断时间间隔两方面因素;轨道机动对单星可用性的影响程度比单粒子翻转(恢复时间12 h、24 h)影响程度小,而且三种故障的综合影响比单方面因素的故障影响大。      

GPS与BDS2、BDS3融合数据短基线解算精度分析

北斗卫星导航系统于2018年12月27日正式向全球用户提供导航定位服务。本文主要利用自编软件进行了不同系统卫星组合下的短基线解算试验。结果表明，在小范围区域内（5 km）的短基线，BDS2+BDS3组合定位平面定位精度达3 mm，高程方向定位精度达6 mm；与单GPS定位结果相比，N、E、U各方向分别有28.9%、6.5%、12.2%的提升幅度；与单BDS2定位结果相比，N、E、U各方向分别有34.0%、25.1%、39.6%的提升幅度。GPS、BDS2、BDS3融合数据处理结果N、E、U各方向外符合偏差均在5 mm内。     

北斗卫星类型间偏差快速改正分析

针对北斗卫星类型间偏差（ISTB）导致载波相位差分高精度定位（RTK）的整周模糊度无法固定问题，本文提出了改进ISTB快速改正方法，在观测量层面仅利用1组不同卫星类型的载波相位差分观测量即可实现ISTB估计与改正，实际应用中较传统方法更具普适性与简易性。该方法的测试结果表明，ISTB值由NH码调制不同引起，不同频点的ISTB值具有不一致性；此外，有无改正ISTB的北斗RTK性能对比反映了ISTB会严重降低整周模糊度固定与RTK定位性能。由此可知，本文方法能够保障现阶段北斗接收机更新换代过程中北斗RTK的高精度与高可靠性能。     

BDS空间信号监测精度分析

为了验证BDS空间信号精度,借鉴Galileo空间信号监测精度SISMA的原理,采用亚太区域仿真的测站数据评估BDS空间信号性能。分析结果表明,利用亚太局域完好性监测网络对经过亚太上空的BDS在轨健康卫星的SISMA监测结果,满足生命安全服务SOL(Safety-Of-Life)要求,可信度为100%(除C12是97.92%以外)。     

BDS可用性研究与验证

为研究北斗卫星导航系统(BDS)的定位性能,根据实测数据对比分析了BDS/GPS组合系统的定位结果,对基于BDS的数据可用性进行了分析,并对BDS与GPS分别在RTK模式下的定位结果精度进行分析。研究表明:BDS/GPS组合系统的兼容性与融合性得到了验证,基于BDS的数据可用性良好,基于BDS的RTK测量成果精度可靠。     

BDS接收机天线相位中心标定

在高精度GNSS定位中,接收机天线相位中心偏差(PCO)和天线相位中心变化(PCV)的影响不可忽略。目前,IGS发布的绝对天线相位模型文件中包含了GPS/GLONASS系统的标定值,但是没有发布北斗系统(BDS)的标定值。本文借助机械臂可以控制天线自由旋转,在数小时内实现全方位GNSS观测的特性,采用历元间差分的方法对接收机天线包括GPS L1/L2和BDSB1I/B2I/B3I等多个频点的PCO和PCV分别进行标定和拟合。标定结果表明,比较最小二乘估计的GPS PCO与IGS发布值,其STD和RMS在L1/L2上均小于1 mm;BDS PCO估计值的STD在B1I/B2I/B3I上分别为0.5、0.3、0.3 mm。利用球谐函数拟合的GPS PCV格网值与IGS发布值相比,其偏差在天顶距小于75°时均小于1.5 mm。BDS PCV拟合值范围均在-5~8 mm,且随天顶距变化曲线呈现波谷状。BDS PCV在低高度角处拟合值波动较大,随方位角变化曲线峰值-峰值最大达到了5.6 mm。     

BDS空间信号连续性的初步评估

针对BDS空间信号的连续性评估问题,分析GPS和Galileo系统的连续性评估情况,并给出BDS空间信号连续性评估的模型和统计步骤。算例采用2013年1月1日至2013年3月24日的数据,评估结果发现:不考虑中断类型,连续性的均值为0.996 235,考虑计划中断的前提下,连续性的均值为0.998 064;GEO星的平均连续性都是最好,MEO卫星的平均连续性都是最差,IGSO卫星居中,对比BDS的公开服务性能规范中的指标,发现三类卫星的平均值都满足指标的要求。