混合构型低轨卫星增强GPS精密单点定位性能分析

低轨卫星具有信号强度高、运动速度快的特点,引入低轨卫星可改善矿区、城市、峡谷等复杂环境下GNSS接收机观测数据质量差、定位精度较低的问题。采用混合构型低轨星座进行定位增强,利用仿真低轨卫星数据对不同数量、不同构型的低轨卫星在不同截止高度角情况下增强GPS PPP性能进行分析。结果表明：1)GPS联合LEO定位可以显著增加可见卫星数,降低PDOP值。2)在截止高度角为30°时,低轨卫星可显著提高GPS定位性能,改善定位精度并减少收敛时间。其中,主子星座(96+9)联合GPS定位与同卫星数低轨卫星相比,在提升子星座覆盖区域测站(HKSL)N、U方向定位精度及减少收敛时间方面效果更好。     

一种双星故障条件下RAIM可用性评估的改进方法

在总结已有的RAIM可用性评估的矩阵最大特征值方法（MMEM）基础上,改进已有的双星故障条件下RAIM可用性方法中的数学模型,提出RAIM可用性评估的极大值方法（MM）。基于给定的完好性风险参数和国际GNSS监测评估系统（IGMAS）提供的2020-09-06中国境内8个跟踪站的BDS实测数据,利用2种方法计算双星故障条件下水平保护级别（HPL）,比较并分析2种方法在双星故障条件下BDS的RAIM可用性性能。结果表明,在中国境内,MMEM除在非精密进近（NPA）计算的RAIM可用性不及MM外,整体可用性高于MM,但MM耗时较少;MM计算的可用性能够完全满足航路和远洋2个阶段,MMEM计算的可用性可以完全满足终端、航路和远洋3个阶段;基于MM的RAIM可用性评估方法理论严密、数学模型简单、易于进行程序设计,是除MMEM外的另一种RAIM可用性评估方法。     

基于GPS的地基增强系统机载端完好性算法研究

针对地基增强系统（GBAS）非完好性事件的极端性,开展GBAS完好性算法研究,给出H0和H1假设下的机载端保护级计算方法,并分析GBAS中引起“虚警”和“漏警”两类非完好性事件的主要误差源。实验结果表明,机载端伪距经过差分校正后其位置精度优于1 m,可用性大于99.999 9%,满足CAT Ⅰ精密进近着陆导航需求。同时,进行非完好性事件仿真验证的结果表明,卫星几何分布和电离层风暴是引起“虚警”和“漏警”的主要误差源,未来CAT Ⅲ GBAS需将单星座扩展为包括北斗在内的多星座,将单频升级为双频,其中多星座可以优化卫星的几何布局,双频可以消除电离层风暴的影响。     

BDS三频观测值多路径误差的差异性分析

BDS分布在3个不同高度的轨道上且同时播发3种频点的信号数据，导致其观测值多路径误差可能在星座间、频点间存在差异。基于此，利用我国iGMAS跟踪网络和国际MGEX跟踪网络的17个GNSS多模观测站数据，从高度角、信号频点、接收机类型、跟踪站分布以及卫星星座等5个方面进行BDS多路径误差的差异性分析，同时与同源观测站上的GPS观测值多路径误差进行对比。结果表明，B3频点的多路径误差最小；3种星座间，GEO卫星的多路径误差最小；BDS的GEO卫星和IGSO卫星的多路径误差在地域上无明显的差异；BDS的B3频点上的多路径误差优于GPS 3个频点上的对应结果，BDS的B1和B2频点与GPS的L1和L2频点上多路径误差的精度相当。     

基于改进Cao算法的奇异谱分析法及其在北斗多路径去噪中的应用

研究了基于奇异谱分析的北斗恒星日滤波算法，采用相空间重构Cao算法来确定奇异谱嵌入维度，并针对Cao算法的不足进行改进，提高奇异谱分析法的准确性和计算效率。分析北斗系统不同星座卫星的轨道重复周期特性，通过计算确定北斗系统多路径误差的周期约为86 160 s。利用奇异谱分析法和传统小波分析法对北斗短基线解算结果进行恒星日滤波处理。结果表明，本文提出的奇异谱分析法多路径滤波效果优于小波滤波法，能较好地消除原始坐标序列中的多路径误差。     

GNSS多星座组合导航系统性能提升量化分析

为定量研究不同层次GNSS多星座组合系统的性能提升情况,构建相应的量化指标,并对多星座组合系统的性能提升进行量化分析。通过仿真实验验证量化指标的有效性,分析组合系统性能提升随组合层次和截止高度角的变化规律,推出各层次的最优系统组合。实验表明,高层次多星座组合系统不仅改善了单一、低层次多星座组合构型的不足和缺陷,还在很大程度上提升了星座的各项性能指标。     

基于几何分析法的低轨星座设计北大核心CSCD

针对导航增强的实时性、连续性及高精度定位等需求,提出一套基于几何分析法的低轨星座设计方案。首先确定单星对地覆盖场景的关键要素,结合具体情况并通过几何约束关系得出基本参数;然后提出一种混合星座设计方法,综合考虑地球非球形引力对卫星轨道的影响,以确定混合星座的参数配置;最后通过仿真实验论证方案的可行性。仿真结果表明,本文方案设计的星座能够提供满足用户需求的导航增强功能,在卫星的覆盖层数、几何分布及轨道稳定性等方面表现优异,为低轨导航增强领域的发展提供了数据支撑。     

一种基于伪逆平差理论的导航星座整网定轨方法

针对分布式单星自主定轨存在的次优解及滤波易发散等问题,结合整网伪逆平差理论和航天器轨道动力学定轨理论,提出一种导航星座整网自主定轨方法。讨论卫星网与大地自由网平差方法的区别,结合伪逆平差和卫星动力学定轨方法,建立导航星座整网自主定轨方法,并给出整网定轨基本流程,最后以典型Walker星座为例进行整网自主定轨仿真验证。结果表明,在初始位置误差1 m、星间测量噪声0.1 m、不考虑钟差的条件下,星座自主运行5 d,每颗卫星的定轨误差均小于0.8 m,星座平均定轨误差小于0.5 m,验证了该方法的有效性。     

三家北斗地基增强系统的高精度定位服务性能对比分析

北斗地基增强系统是推广高精度“北斗+”应用的重要基础设施。本文首次研究千寻位置、六分科技及中国移动3家覆盖全国的北斗地基增强系统的定位服务性能,通过对2021-07-21~22采集的2次8~9 h观测数据进行分析,得到以下结论： 1） 千寻位置和中国移动的官方推荐挂载点支持BDS-2三频信号和BDS-3双频信号（B1I、B3I）,六分科技支持BDS-2和BDS-3双频信号（B1I、B3I）; 2） 3家北斗地基增强系统都能提供100%的北斗数据完整率; 3） 静态基线结果表明,3家北斗地基增强系统虚拟基站组成的闭合环相对误差均小于2×10^-6; 4） 单历元RTK解算结果表明,3家北斗地基增强系统均能够提供水平向优于3 mm、垂直向优于9 mm的内符合精度,但不同北斗地基增强系统之间存在cm~dm级的定位结果偏差,因此不建议在RTK作业时使用不同的北斗地基增强系统。     

GPS/BDS联合定轨对北斗卫星轨道的影响分析

为研究不同条件下GPS/BDS联合定轨对北斗卫星轨道的影响，在不同测站分布条件下采用不同定轨弧长分别进行GPS/BDS联合定轨和BDS独立定轨，并从轨道重叠弧段不符值、与MGEX分析中心产品比较以及卫星激光测距检核残差3个方面详细比较两种定轨方法的精度。结果表明，区域网条件下，联合定轨能够显著提升1 d解北斗IGSO/MEO卫星的轨道精度，但对3 d解的北斗各类卫星定轨精度的改善较小；全球网条件下，无论是采用1 d还是3 d定轨弧长，联合定轨均能在一定程度上改善北斗IGSO/MEO卫星轨道沿迹方向和法向的精度，但对径向绝对精度的改善较小；而对于北斗GEO卫星，全球网条件下的联合定轨对其轨道各方向精度的影响均较小。     

GEO卫星轨道机动对BDS NPA阶段的RAIM可用性影响分析

统计分析各GEO卫星轨道机动对亚太区域NPA（non-precision approach）阶段的RAIM（receiver autonomous integrity monitoring）可用性影响。结果表明，GEO卫星在07∶00～08∶00和15∶00～16∶00对系统的可用性影响最大，但各卫星影响时段不同；GEO卫星C04卫星14∶00～23∶00和C05卫星00∶00～05∶00的调控时段使得系统可用性低于99.9%，分析原因可知，其主要受两颗卫星的定点位置和MEO卫星的回归周期影响。另外，为了揭示新启用的IGSO C13卫星对BDS系统在服务区域可用性的改善情况，对比分析了新IGSO C13卫星启用前后对BDS系统在亚太区域内可用性影响情况发现，C13卫星的运行使得BDS系统在服务区的可用性平均提高0.05%，达到99.99%。     

顾及不同LEO卫星数量及轨道误差的GPS/LEO联合PPP

为解决现有单系统GPS PPP收敛速度较慢的问题,选取不同卫星数量构成的LEO星座系统,根据观测值仿真原理得到待估点来自低轨卫星的伪距观测值和相位观测值;选取CPVG、WUH2、KOUG、IISC、FUCN测站,利用GPS及仿真附加轨道误差的LEO星座观测数据进行静态精密单点定位,以分析LEO星座的增强效果。结果表明： 1）在原有GPS系统中加入LEO星座后,3种组合场景下平均可见卫星数量分别增加9.7、19.4、31.3颗,PDOP值分别减少0.7、0.9、1.1; 2）收敛时间快速缩短,由单系统GPS卫星的17.1 min分别降至4.7 min、2.1 min、1.5 min,收敛时间分别缩短67.3%、84.4%、89.5%; 3）E方向上的RMS值分别提升34.4%、59.4%、72.9%,N方向上分别提升37.4%、60.3%、67.3%,U方向上分别提升55.9%、71.7%、79.6%。LEO星座对GPS PPP的性能提升巨大,对于指导LEO星座增强GPS系统设计及拓展精密单点定位的应用场景具有一定价值。     

伪随机脉冲对卫星轨道拟合精度影响分析

研究伪随机脉冲在吸收低轨卫星和4大导航系统卫星未模型化摄动力方面的有效性，分析其对拟合轨道精度的影响。结果表明，伪随机脉冲能够有效吸收低轨卫星及GNSS卫星未模型化的摄动力。对于低轨卫星，伪随机脉冲能够有效模拟大气阻力对轨道的影响，达到mm级拟合精度；对于GNSS卫星，伪随机脉冲能够在一定程度上吸收太阳光压摄动，尤其是与ECOM太阳光压模型联合使用，能够充分吸收ECOM模型未能吸收的摄动力，只需每天设置一组伪随机脉冲参数，其拟合精度能达到mm级。     

ERP预报误差对低轨卫星精密轨道预报的影响

结合珞珈一号卫星轨道数据,分析地球自转参数（ERP）预报误差对低轨卫星精密轨道预报的影响。结果表明,ERP预报误差主要对轨道切向和法向产生影响,对径向影响较小。当预报时间为10 d时,切向误差可达到dm级,这对cm级定位会产生较大影响。     

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两种电离层延迟改正模型对星载单频GPS实时定轨精度的影响

采用单频星载GPS实测伪距和载波相位观测值,结合不同的电离层延迟改正模型进行模拟实时定轨实验,分析单频实时定轨的精度。不同轨道高度的低轨卫星实验结果表明,在卫星轨道较高(500 km以上)时,使用单频伪距观测值与改进的Klobuchar模型,实时定轨位置精度可达0.86 m(三维RMS),速度精度可达0.9 mm/s,接近甚至优于双频伪距实时定轨的轨道精度;使用单频码相无电离层组合观测值时,实时定轨位置精度可达0.54 m,速度精度可达0.55 mm/s。采用合适的电离层延迟改正模型,廉价的单频星载接收机可应用于微小卫星的实时定轨。     

基于相关分析的组合导航RAIM模型研究

探讨基于相关分析理论的组合导航RIAM方法,并给出单个和多个探测粗差的相关分析检验流程。通过模拟12颗GPS和Galileo组合导航卫星定位系统,分别给单颗和两颗正常卫星加入粗差。仿真结果表明：观测值的影响向量与残差的相关系数可以定位含粗差的卫星并将粗差卫星予以剔除。