不同高度截止角下BDS/GPS定位分析

研究了BDS/GPS联合RTK定位的理论和算法,主要包含了BDS/GPS组合系统在不同高度截止角下的可视卫星数与PDOP值的比较;BDS与GPS观测量精度的初步评估;双频联合RTK定位的模糊度解算和定位性能的分析等。得出如下结论:BDS/GPS组合系统的可视卫星数相对单系统明显增多,PDOP值减小,在大高度截止角下,其空间几何强度依然很高;随着高度截止角的增大,BDS与GPS受多路径影响明显减弱,其中GEO卫星受多路径影响最大;BDS观测量精度与GPS相当。BDS/GPS双频联合定位的定位精度相对于GPS或BDS虽没有明显提高,但在大高度截止角下,依然可以成功固定模糊度并实现高精度定位。这将显著改善GPS或BDS单系统双频RTK定位在受遮挡环境下的可用性和可靠性。     

信号易遮挡环境下BDS/GPS系统定位性能分析

通过设置不同的截止高度角来模拟卫星信号受遮挡的情况,并以某CORS网4.8 km与5.1 km的2条基线为例,对截止高度角为10°～60°的遮挡情况下,GPS/BDS系统相比单GPS系统、单BDS系统在单历元双频基线解算时的卫星可见性、模糊度固定、定位精度等定位性能的改善情况进行了对比分析。结果表明GPS/BDS组合系统相对单系统,极大改善了卫星的可见性,提升了模糊度的固定率、正确率,在截止高度角为50°、60°的极端条件下,GPS/BDS组合系统单历元基线解算精度在E、N方向仍可达10.0 mm左右,在U方向仍可达20.0 mm左右。     

基于方差分量估计的不同截止高度角下的组合单点定位

BDS/GPS/GLONASS组合系统定位时,由于系统间卫星测距精度的差异性,需要合理确定卫星间权比,Helmert方差分量估计常被用于确定不同类观测值间权比;而当观测值含有粗差时,Helmert方差分量估计定位结果容易被粗差污染或收敛失真,出现大的偏差。文中基于Helmert方差分量估计,引入等价权因子IGGIII函数,建立抗差Helmert方差分量估计权函数模型,对比分析其在低截止高度角10°、15°和20°下,在BDS/GPS/GLONASS组合系统定位中的应用及定位精度,并讨论分析在高截止高度角30°和40°下,组合系统和单系统BDS的定位精度。实验结果表明:当观测值无明显粗差时,Helmert方差分量估计和抗差分量估计的定位精度相当,略低于高度角权函数的定位结果,点位精度RMS优于2.5m;含粗差时,抗差解定位精度最高;当截止高度角为30°时,BDS单系统定位精度RMS优于5m,而组合系统RMS接近3m;为40°时,组合系统平面精度RMS优于2m,三维精度RMS优于6m,而单系统不能定位。     

不同截止高度角GPS/BDS组合伪距差分定位性能分析

针对在不同截止卫星高度角时,GPS,BDS,GPS/BDS系统间伪距差分定位精度的差异,文中对多系统融合伪距差分定位的数学模型方法进行研究。以香港CORS站6.9km和34.0km的两条基线为例,在截止卫星高度角10°、20°、30°、40°的情况下,进行GPS,BDS,GPS/BDS伪距差分基线解算。结果表明,与34.0km基线相比,6.9km基线伪距差分定位具有更高的精度,在不同截止高度角下,GPS/BDS组合系统在E,N,U方向的定位精度都优于单GPS,BDS系统,且定位结果更加稳定,特别在截止高度角为40°的极端条件下,GPS/BDS组合伪距差分定位精度仍能达到m级左右。     

组合GNSS系统定位数据质量与精度比较分析

本文对组合GNSS系统进行静态相对定位测量与RTK测量试验,研究结果表明:在静态相对定位测量中,BDS的数据利用率、多路径效应误差优于GPS与GLONASS,BDS的定位精度优于GLONASS略低于GPS;组合系统中GPS/BDS与GPS/BDS/GLONASS的定位精度较优,引入GLONASS对定位精度改善的作用不明显。在RTK测量中,当观测条件理想时,GPS/BDS较GPS可见卫星数目多,PDOP值低,中误差小。当观测条件较差时,GPS/BDS较GPS可见卫星数目多,PDOP平均值低,中误差小,限差内固定解获得时间减少76.1%;GPS/BDS/GLONASS较GPS/BDS在中误差、水平精度和垂直精度上更优,限差内固定解获得时间更稳定可靠。     

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。     

城市环境下GPS/BDS融合伪距定位性能分析

观测环境的优劣对卫星定位结果有着显著影响,城市环境信号遮挡强、多路径效应明显,导致定位连续性差、可靠性低。文中讨论GPS/BDS时空系统统一以及融合解算中伪距定位数学模型,利用香港地区城市环境实测数据对GPS/BDS双系统融合伪距定位结果与GPS、BDS单系统在可见卫星数、PDOP值、定位连续性、可靠性等方面进行比较分析。结果表明:多系统融合伪距定位相比单系统增加可见卫星数,减小PDOP值,明显改善城市环境定位连续性,小幅度提高定位精度。     

不同截止高度角下BDS/GPS/GLONASS/Galileo多模组合SPP性能分析

针对单系统在遮挡环境下可见卫星数较少、历元利用率低、定位稳定性、定位可靠性和定位精度较差的问题,首先,利用间接平差法对BDS/GPS/GLONASS/Galileo组合观测方程进行求解;然后,运用最小二乘法原理求解待估参数,最终解算出测站点坐标。采用MGEX站部分测站的数据对不同截止高度角下(7°、15°、20°、30°、40°、45°)不同模式GPS、GPS+Galileo、GPS+GLONASS、BDS+GLONASS+Galileo、GPS+BDS、GPS+GLONASS+BDS、GPS+GLONASS+BDS+Galileo的单点定位(single point positioning,SPP)进行解算和数据处理。结果表明,在截止高度角为45°时,点位离散程度变差,但相比其他模式特别是GPS单系统,GPS+GLONASS+BDS+Galileo组合稳定性和可靠性都较好;GPS单系统历元利用率较低,全天不足1/3,然而GPS+BDS、GPS+GLONASS+BDS、GPS+GLONASS+BDS+Galileo组合历元仍然全天可用,GPS部分历元精度优于GPS+GLONASS+BDS和GPS+GLONASS+BDS+Galileo组合,但整体定位性能较差。GRCE组合在全天历元可用和实现单点定位前提下,整体定位性能优于其他模式。     

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。     

BDS/GPS组合单历元相对定位性能分析

阐述了BDS/GPS组合单历元解算数学模型的相关理论,并进行了相应的公式推导;通过BDS、GPS单系统以及组合系统从不同基线长度、不同截止高度角等方面分析动态解算性能。实验结果表明:(1)在江苏地区,BDS系统可提供单历元至少8颗卫星,从可见卫星数量和可观测时长角度来看,BDS对BDS/GPS导航定位具有重要的贡献;(2)组合BDS/GPS系统单频RTK相比GPS RTK在截止高度角较高的情况下仍可以单历元固定模糊度,且模糊度的固定率和成功率超过90%;(3)对于6km以下的短基线,组合系统定位精度优于单系统,其在平面方向优于1cm,高程方向优于3cm。     

BDS/GPS/GLONASS融合定位模型及性能分析

针对传统GNSS单星座系统定位存在的诸多不足,本文基于单点定位,给出建立在时空统一上的BDS/GPS/GLONASS多模融合定位模型,并对实测三系统数据分不同方案进行定位解算,分析各方案的可见卫星数、精度衰减因子（DOP）及定位精度。结果表明,BDS/GPS/GLONASS融合系统可见卫星数大幅提高,DOP值显著下降,定位的精度和可靠性优于各单系统。     

不同截止高度角BDS/GPS伪距单点定位性能分析

针对在不同截止高度角的情况下,BDS单系统、GPS单系统和BDS/GPS组合系统三者伪距单点定位的精度差异,该文对三者伪距单点定位的数学模型和不同误差的处理方法进行了研究。分别进行了BDS单系统、GPS单系统和组合系统在截止高度角分别为15、30、50°时伪距单点定位的数据处理实验。结果表明,15°和30°时,组合系统在E、N、U各方向上的定位结果较单系统平稳,定位精度优于单系统;单系统在截止高度角为50°时不能定位或定位结果不可靠,而组合系统仍能达到定位要求。     

北斗/GPS组合相对定位及精度分析

针对单系统卫星定位中存在的多种问题,详细阐述了BDS/GPS组合定位原理,在统一时空基准条件下,通过算法实现BDS与GPS数据融合,对实测数据处理,分析BDS/GPS组合相对定位的定位精度。结果表明,BDS/GPS组合相对定位能够有效增加空间可视卫星数、改善了PDOP值。在中长基线下,BDS定位精度与GPS相当;长基线下,组合定位精度优于单系统,且稳定性较好。     

GPS／BDS／GALILEO多系统融合伪距单点定位性能分析

针对在不同截止卫星高度角的情况下,GPS、BDS、GPS／BDS、GPS／GALILEO、BDS／GALILEO 、GPS／BDS／GALILEO间伪距单点定位精度的差异,本文对多系统融合伪距单点定位的数学模型和误差项处理方法进行了研究,以香港CORS站HKMW站点全天的数据为实验数据,在截止卫星高度角10°、15°、20°、30°、40°的情况下,进行了GPS、BDS、GPS／BDS、GPS／GALILEO、BDS／GALILEO、GPS／BDS／GALILEO伪距单点定位解算。结果表明,GPS／BDS／GALILEO组合系统在X、Y、Z各方向的定位精度都优于单系统,定位结果更加稳定,尤其在截止高度角达到30°、40°时,单系统的定位精度急剧下降,历元可用率降低,而GPS／BDS／GALILEO组合系统仍能满足定位的要求。      

GPS/BDS/GLONASS多系统组合定位分析

可见卫星数是评价导航系统定位性能的一个重要指标,也是系统可用性的基本要求。均方根差(亦称中误差)是观测精度的数据标准。本文通过实验分析了不同环境下的多系统组合的可见星数以及中误差,进而研究了多系统组合在不同环境中的可用性及定位精度。实验结果表明:在相同环境下,系统组合的可用性大幅提高,精度高于单GPS系统的精度,其中GPS/BDS/GLONASS三系统组合测量精度最高,GPS/BDS组合精度次之,GPS/GLONASS组合精度略低于GPS/BDS组合。     

BDS/QZSS及其组合系统在中国和日本及周边地区的定位性能评估

利用多星座实验(the multi-GNSS experiment,MGEX)监测网的观测数据分别从可见卫星数、精度衰减因子(dilution of precision,DOP)、多路径效应、信噪比、静态/动态精密单点定位(precise point positioning,PPP)几个方面对北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System,BDS)/准天顶卫星系统(Quasi-Zenith Satellite System,QZSS)及其组合系统在中国和日本及周边地区的定位性能进行评估与分析。分析结果表明:QZSS与BDS系统组合,卫星数增加,能提供较好的空间几何构型分布,从而保证了定位的精度、可靠性和可用性;由于QZSS卫星的星座结构与BDS卫星类似,其多路径效应的变化规律表现出与BDS卫星一致性的特点;BDS和QZSS卫星各频点信号的信噪比与高度角相关趋势几乎相同,相同高度角条件下,地球中轨道(medium earth orbit,MEO)卫星信噪比要比倾斜地球同步轨道(inclined geosynchronous orbit,IGSO)卫星高2～3 dBHz;静态PPP和动态PPP方面,在高度角较大时(40°),BDS+QZSS组合比BDS单系统在低高度角情形下改善更为明显。E、N和U方向静态PPP改善率可达20%以上,动态PPP改善率可达30%以上。QZSS系统卫星对日本、中国以及周边区域BDS定位具有一定的补充和增强作用,在信号易遮挡的复杂环境(如城市、建筑物密集区、山区、树林等)下,具有较好的应用价值。     

大型斜拉桥环境下BDS/GPS观测数据质量分析

为了进一步提高大型斜拉桥环境下BDS系统的监测精度,进一步对相关影响进行分析处理,以苏通大桥为试验对象,通过采集不同部位的站点BDS/GPS卫星观测数据,采用自编的BDS观测数据质量分析软件与TQEC软件对观测数据的完整性、观测值与周跳比、卫星信号信噪比及多路径误差等进行计算分析。结果表明,BDS卫星数据完整性优于GPS,但信噪比与多路径误差不及GPS稳定,同时桥面观测环境下的各项指标低于岸边观测环境。因此在采用BDS进行桥梁监测时,在误差处理与解算方法上必须考虑桥梁环境的影响,特别是对多路径的处理,以更有效分离变形。     

北斗与GPS在桥梁变形监测中的对比分析

目前我国北斗导航系统已经完成第二阶段区域系统的建设,利用北斗导航定位技术进行桥梁变形监测是今后发展的必然趋势。本文分析了北斗定位技术在桥梁变形监测中的的优势,并与GPS定位技术作对比分析,结果表明:在监测区域内,北斗二号的可见卫星数要略多于GPS可见卫星数,卫星几何精度因子略低于GPS,数据质量与GPS相当,相对定位精度略优于GPS,平面定位精度在1~2 cm,水平定位精度在5~6 cm。     

多GNSS精密单点定位性能分析

在实现BDS/GPS/GLONASS组合精密单点定位的基础上,模拟多种遮挡环境;利用3个MGEX测站的数据进行三系统组合PPP试验;并在可见卫星数、PDOP值、定位精度、收敛时间和定位可用性等方面与GPS单系统PPP进行了比较分析。结果表明:在亚太地区,相比于GPS单系统PPP,三系统组合PPP可见卫星数增加了2~3倍,PDOP值显著减小。动态试验中,在无遮挡环境下,三系统组合PPP相较于GPS PPP收敛时间更短,且收敛后定位精度更高;在遮挡环境下,GPS PPP性能急剧下降,三系统组合PPP较好的保证了定位精度,提高了系统定位可用性。     

BDS/GPS超短基线相对定位分析

北斗卫星导航定位系统作为我国自主建设研发的定位系统,将在各领域建设中发挥重要作用,相对定位技术是当前精密定位技术之一,被广泛应用于很多领域。针对相对定位在变形监测领域中的应用,以IGS连续跟踪站组成的111 m超短基线为基础,分析了BDS/GPS组合的超短基线相对定位精度。经研究发现,BDS和GPS单系统双频和三频相对定位水平向精度优于1 cm,竖直向精度优于2 cm,且三频定位精度优于双频,BDS/GPS组合增加了卫星可见数,有效改善了卫星空间分布结构,定位精度相比于单系统有了很大提升,E方向最大提升43%,N方向最大提升36%,U方向最大提升48%。