多系统卫星融合定位数据的稳定性和精度比较分析

论述GNSS多系统融合定位的数学模型、分析各项误差处理策略以及参数估计方法,基于日本东京海洋大学RTKLIB软件进行GPS、GLONASS、Galileo、BDS多系统融合定位试验,并分析其动/静态定位稳定性和精度。试验结果表明:GNSS多系统融合收敛时间与GPS单系统相比缩短30%~50%,定位精度与GPS单系统相比可以提高20%~50%。此外,在卫星高度截止角大于40°和不利观测环境条件下,单系统可见卫星数不足,从而导致无法进行连续定位,但多系统融合可视卫星可获得比较好的定位精度,在建筑物密集区、山区和卫星遮挡较为严重的恶劣条件下具有实际应用价值。     

多GNSS融合精密轨道确定与精度分析

采用MGEX和IGS跟踪网数据,基于PANDA软件实现了同一时空基准框架下的GPS/GLONASS/BDS/Galileo四系统融合精密定轨,采用单天解边界不符值评定轨道精度。对2014年7月至12月6个多月的GNSS融合精密定轨精度、各单系统独立定轨精度进行比较,结果表明:GPS轨道精度与单系统定轨精度基本相当;GLONASS和BDS轨道精度均优于各单系统定轨精度,尤其是BDS卫星,其GEO、IGSO、MEO卫星平均三维轨道精度分别提高了24%、42%、63%;在多GNSS融合精密定轨中,Galileo卫星径向、法向、切向平均精度分别为9.53、8.20、20.17 cm。动态PPP验证结果表明:相比于单系统解算,多系统组合解可以显著加快收敛速度,同时提高了定位精度。     

Android智能手机GNSS定位性能分析

随着全球卫星导航系统(GNSS)的发展和移动通信技术的进步,用户对位置服务(LBS)提出了更高的要求. 本文采用市面上常见的两部Android智能手机采集GNSS数据,对Android智能手机伪距单点定位(SPP)和单频精密单点定位(PPP)算法进行研究,分析了在不同条件下智能手机的SPP、单频PPP定位性能. 结果表明:在使用多普勒平滑伪距和信噪比随机模型的基础上,Android智能手机GPS单系统的SPP定位精度可达3 m,GPS、Galileo、GLONASS、北斗卫星导航系统(BDS)四系统定位精度可达亚米级. 在单频PPP静态定位中,在GPS单系统下,定位精度仅能达到米级,且收敛时间较长;在GPS、Galileo、GLONASS、BDS四系统下,定位精度可达亚米级,且平面方向可在40 min内收敛. 在单频PPP动态定位中,手机的定位精度仅能达到米级.      

BeiDou+GLONASS+Galileo多系统组合SPP稳定性和精度分析

利用间接平差法和最小二乘法原理推导了BeiDou+GLONASS+Galileo三系统组合标准单点定位(SPP)的数学模型;然后采用MGEX站的部分测站的观测数据,综合分析了BeiDou/GLONASS/Galileo不同组合模式的可见卫星数、DOP值、定位稳定性和定位精度等方面内容。试验结果表明:相比单系统(BeiDou、GLONASS、Galileo)、双系统(BeiDou+GLONASS、BeiDou+Galileo、GLONASS+Galileo),BeiDou+GLONASS+Galileo三系统组合的DOP值分别减少30%~55%、10%~50%;可见卫星数分别增加60%~120%、10%~110%。此外,在截止高度角大于30°的情况下,单系统和双系统的DOP值都较大且波动不稳定,定位可靠性和历元可用率会显著降低,而BeiDou+GLONASS+Galileo组合仍能获得比较理想的定位结果,这对于建筑物密集区、山区和卫星遮挡较为严重的恶劣条件下具有实际应用价值。     

PPP/PPP-RTK新进展与北斗/GNSS PPP定位性能比较

首先简要回顾了精密单点定位（PPP）技术在最近几年的发展现状,重点总结了高采样率钟差实时快速估计、多系统组合PPP模糊度固定、多频GNSS PPP模型及其模糊度固定、PPP快速初始化、PPP-RTK等若干热点方向的最新研究进展。在此基础上,利用目前四大卫星导航系统（GPS、GLONASS、Galileo、北斗）最新的实际观测数据,全面比较分析了各系统及多系统组合PPP定位性能,重点给出了北斗二号+北斗三号PPP浮点解和固定解的定位精度、收敛时间和首次固定时间。结果表明：我国北斗导航卫星系统已经可以实现与其他导航卫星系统基本相当的PPP定位性能。北斗二号+北斗三号组合PPP的收敛时间/首次固定时间20~30 min;静态解的东、北、天方向定位精度在毫米到厘米级;动态解水平方向约5 cm,高程方向约7 cm;多系统组合可显著提高PPP定位精度、收敛时间和首次固定时间：固定解定位精度比浮点解在东、北、天方向分别提升了14.8%、12.0%和12.8%;相比单GPS,多系统组合PPP浮点解的收敛时间和固定解首次固定时间分别缩短了36.5%和40.4%。     

GPS/GLONASS组合精密单点定位研究

讨论了GPS/GLONASS组合精密单点定位的数学模型,并以IRKJ跟踪站的观测数据为例,分别利用GPS和GPS/GLONASS组合两种方式进行精密单点定位解算。计算结果表明,当GPS观测卫星数较多(9~10颗)时,组合GPS/GLONASS较单系统GPS的精密单点定位精度及收敛速度有一定改善,但效果不明显。当GPS卫星数较少(4~5颗)时,引入GLONASS卫星进行GPS/GLONASS组合精密单点定位,其定位精度及收敛速度较单系统GPS精密单点均有显著改善。     

GNSS多系统动态精密单点定位性能分析

文中在GPS精密单点定位（PPP）理论与方法的基础上,给出了多系统组合的精密单点定位技术观测模型,采用GPS、GLONASS、GALILEO、BDS 四大卫星导航定位系统的实测数据,研究并分析了四系统组合PPP的定位性能。结果表明,多系统PPP精度较单系统有很大提高,GPS+GLONASS+GALILEO+BDS四系统组合动态PPP在三个方向平均偏差约为0.7 cm、0.6 cm和1.7 cm,收敛时间为15～20 min左右,并且多系统PPP在截止高度角增大时,依然有充足的卫星数量,当截止高度角达到30°时,依然能达到cm级定位精度,对机载动态数据进行PPP解算结果显示,四系统组合解算的结果与利用GrafMov的解算结果符合得最好,优于其他双系统和单系统PPP的精度。      

一种非组合Galileo三频精密单点定位方法及精度分析

同时播发多个频段的导航信号已经成为新一代GNSS卫星的显著特征与未来趋势。多频导航信号设计对提升GNSS精密单点定位精度及缩短初始化时间方面尤其具有重大意义。本文提出了一种利用非组合Galileo三频观测数据的PPP定位算法,采用实测Galileo三频数据按照该算法进行了解算,并采用传统双频算法对相同数据进行解算形成参照,结果显示Galileo三频PPP算法在定位精度及收敛速度上均优于传统双频PPP算法,这种优势在观测数据异常时更为显著。     

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。     

GNSS非差非组合精密单点定位的理论方法与应用研究张宝成

正由美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟Galileo和中国"北斗"联合组成的全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)现已广泛地服务于地球和空间科学领域。最优地融合各类GNSS的观测数据,以快速、准确地估计位置、速度、时间、大气等参数,是当前和未来阶段的研究热点。为实现此目的,本文对精密单点定位(precise point positioning,PPP)技术实施了一系列     

BDS-3/GNSS非组合精密单点定位

北斗三号卫星导航系统（BeiDou-3 navigation satellite system,BDS-3）全球组网工作全面建成,标志着BDS-3迈入全球定位、导航和授时服务的新时代。为了全面比较BDS-3系统与其余全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）非组合精密单点定位（precise point positioning,PPP）性能,重点分析不同分析中心BDS-3精密轨道和钟差产品的一致性、BDS-3/GNSS卫星可用性、BDS-3/GNSS单系统及多系统融合PPP定位性能。结果表明,基于5个分析中心的精密轨道和钟差产品,BDS-3静态PPP三维均方根误差约为2.31~4.00 cm,其单系统收敛时间明显慢于其余GNSS系统,GPS系统的加入对BDS-3/GNSS双系统融合PPP改善效果最为明显,且四系统融合能够有效地缩短收敛时间,并提高动态PPP定位精度。随着BDS-3系统的发展以及轨道和钟差产品的进一步完善,BDS-3同样具备其余GNSS系统提供优质导航定位服务的潜力。     

遮挡环境下GPS／GLONASS／Galileo组合PPP性能分析

对于城市遮挡环境下单GPS系统精密单点定位(PPP)性能较差的问题,本文采用多系统融合来改善PPP性能,通过不同卫星高度角,将城市四周环境分为正常环境、一般遮挡、较重遮挡等三种环境.分别采用GPS、GPS／GLONASS、GPS／Galileo、GPS／GLONASS／Galileo不同的模式,对香港4个连续运行参考站进行遮挡环境下的静态PPP模拟实验,结果表明:多系统组合能够有效弥补城市四周遮挡环境下卫星的不足,并且GPS／GLONASS、GPS／Galileo、GPS／GLONASS／Galileo组合相对单GPS系统下的PPP性能有着不同程度的改善.      

Helmert方差分量估计在GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合精密单点定位权比确定中的应用CSCD

多星座组合定位可以提升导航定位性能,但不同星座观测量组合时需要考虑合适的随机模型.传统方法是根据经验直接设定各系统的等价权重,但会导致随机模型确定不精确,从而影响组合系统的性能提升.将Helmert方差分量估计方法应用于GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合精密单点定位(PPP)中,以自适应确定各系统间权比.采用国际GNSS服务(IGS)MGEX(Multi-GNSS Experiment)观测网的10个测站一周的观测数据进行静态和仿动态试验.结果表明:采用Helmert方差分量估计定权方法可显著提高GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合PPP的收敛速度,与等权定权方案比较,静态模式下平均提高52%,仿动态模式下平均提高64%.因定位精度主要由载波相位观测值精度和误差修正水平决定,在静态和仿动态测试中Helmert方差分量估计方法对定位精度没有明显改善.     

BDS/GNSS融合精密单点定位性能分析

随着北斗卫星导航系统(BDS)的全球组网成功,基于BDS的应用研究正在如火如荼的进行中,尤其是包括BDS在内的多频多模融合定位正成为研究的重点. 利用MGEX (Multi-GNSS Experiment)多个测站的BDS、GPS、GLONASS、Galileo观测数据,基于RTKLIB开源代码,在Visual Studio 2017平台上进行了BDS/GPS、BDS/GLONASS、BDS/Galileo三种组合系统的精密单点定位(PPP)实验,从静态PPP、动态PPP、可见卫星数、精度衰减因子(DOP)等方面对比分析了三种组合系统的定位性能. 实验结果表明:BDS/GPS组合系统的可见卫星数最多,各DOP值最小,静态PPP收敛后三个方向的精度优于6 cm. 不论是静态PPP还是动态PPP,其定位性能都最好;BDS/GLONASS、BDS/Galileo组合系统动态PPP的定位抖动较大,可见卫星数都要小于BDS/GPS组合系统,收敛时间较长,两者的动态PPP定位性能也差于BDS/GPS组合系统.      

广播星历下多系统卫星位置、速度计算及精度分析

目前GNSS空间部分主要由GPS、GLONASS、Galileo、BDS 4系统构成,在利用广播星历进行多星组合导航时,需要根据不同卫星星座广播星历精度信息实现多系统定位信息的组合。现有研究对GPS、GLONASS广播星历精度进行了充分分析,但对由Galileo、BDS广播星历计算卫星位置、速度及其精度的研究相对较少。本文利用精密星历对GNSS广播星历计算的卫星位置、速度精度进行了分析。结果表明,GPS广播星历解算的卫星位置误差小于2 m,GLONASS广播星历解算的卫星位置误差最大在4 m左右,Galileo广播星历解算的卫星位置误差最大在3 m左右,BDS广播星历解算的GEO卫星位置误差最大在40 m左右,IGSO卫星位置误差最大在9 m左右,MEO卫星位置误差最大在5 m左右。GPS、Galileo、BDS速度误差在1 mm/s内,GLONASS速度误差在2 mm/s内。     

多模GNSS融合PPP系统间偏差特性分析

多模全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）精密单点定位（precise point positioning，PPP）存在系统间偏差（inter-system bias，ISB），构建了顾及系统间偏差的多模GNSS融合PPP算法，对多星座实验（the multi-GNSS experiment，MGEX）监测网中的7个测站观测数据进行静态解算，获得Galileo、GLONASS、北斗与全球定位系统之间的ISB值。分析结果表明，四系统PPP融合定位在水平分量和高程分量的精度分别为8.9 mm、5.3 mm和10.9 mm，体现出较高的融合定位精度。不同系统ISB值在单天内的稳定性较好，均优于0.12 ns。从多天ISB序列看，ISB存在不规律跳变，变化幅度可达近20 ns。不同类型接收机ISB存在一定差异，同一类型接收机结果相近。综合来看，Galileo ISB值最稳定且结果最优，北斗与GLONASS结果相当。     

BDS/Galileo对多系统精密单点定位贡献分析

使用10个MGEX测站的数据对4种解算模式GPS、GPS/BDS、GPS/Galileo及GPS/BDS/Galileo在定位可用性、定位精度和定位稳定性及收敛时间3个方面的PPP性能进行了对比分析。实验结果表明:GPS/BDS和GPS/Galileo双系统组合PPP在各方面的性能相当。相比GPS单系统PPP,双系统PPP能增加可用卫星数,改善卫星空间几何构型,定位精度提升20%～35%,定位稳定性提高25%～40%,收敛时间缩短35%～45%。BDS在较高截止高度角下的可用性、天向定位精度、水平方向定位稳定性、天向收敛速度方面的贡献略优于Galileo。GPS/BDS/Galileo三系统组合的PPP性能进一步提升。     

GNSS频间钟偏差时变特征分析及非组合PPP应用

针对卫星频间钟偏差(IFCB)导致传统精密钟差产品无法直接用于多频精密单点定位的问题，该文在顾及不同频率线性组合观测值噪声放大特性的基础上，推导并提出了包括BDS-3 B1C和B2a频点的多系统IFCB数据处理方法和附加IFCB改正的多频非组合PPP平差模型，研究了不同系统IFCB时变特性及其对三频非组合PPP定位影响。实验结果表明：Galileo和BDS-3系统IFCB振幅变化量级较小，平均分别约为0.4 cm和1.0 cm, GPS和BDS-2系统IFCB振幅变化量级较大，分别达20 cm和4 cm,必须加以考虑；相对于无IFCB改正，单GPS和单BDS-2静态和动态PPP解在水平和高程方向定位精度可显著提高，且PPP定位性能改善主要体现在收敛阶段。有效解决了多GNSS系统精密定位过程中多频观测数据有效融合的问题。     

基于IGGⅢ权函数的GNSS/INS组合导航RAIM模型

将IGGⅢ权函数引入GNSS/INS组合导航中,提出基于IGGⅢ权函数的GNSS/INS组合导航RAIM模型,根据Kalman残差平方和服从x2分布,论证运用IGGⅢ权函数探测粗差星的可行性.开发模拟平台生成GPS、Galileo、GLONASS和BeiDou卫星星座,卫星观测值加入单粗差和多粗差,测试RAIM模型的粗差探测能力.算例表明,RAIM模型能够准确定位粗差星,剔除粗差星后,可提高GNSS/INS组合导航精度.     

数据时效性对多系统实时PPP的影响分析

针对服务器端和客户端的数据时效性问题,该文系统地分析了服务器端状态空间表示(SSR)改正数更新时间间隔和客户端观测值数据及SSR改正数中断对实时精密单点定位(PPP)的影响。实验结果表明:服务器端播发SSR改正数的时间间隔在30s以内,GPS+GLONASS+BDS、GPS+GLONASS和GPS实时PPP定位可获得厘米级定位精度,同时SSR改正数的播发时间间隔对GPS+GLONASS+BDS、GPS+GLONASS和GPS实时PPP定位影响无明显差异;客户端SSR改正数中断时长在150s以内,GPS+GLONASS+BDS、GPS+GLONASS和GPS实时PPP定位可获得厘米级定位精度,改正数中断360s可获得亚米级定位精度,单系统较多系统受SSR改正数中断的影响较大;观测值连续中断16min时,实时PPP需要重新收敛。