北斗/GPS海上实时PPP完好性监测及性能分析

实时精密单点定位(PPP)是一种经济高效的高精度海上定位技术。随着海上精密作业深入发展,除定位精度外,对于海上高精度位置服务的可靠性要求不断提高。精密单点定位完好性监测是海上精密作业高精度定位的可靠性保障。为此,通过构建接收机端高级自主完好性监测算法,建立严格完好性保障的海上精密单点定位误差界限,保障了海上多重干扰条件下的高精度定位可靠性性能。本文依托南海某DP动力定位钻井平台开展远海钻井作业,实测结果表明,北斗/GPS PPP收敛定位精度可达10 cm,危险误导信息概率满足10^-7水平,连续性风险概率满足10^-6水平。     

北斗单频PPP车道级试验结果分析

精密单点定位技术(Precise Point Positioning,PPP)被广泛应用于高精度导航与位置服务、大地测量、低轨卫星精密定轨、航空摄影测量、GPS地震学等领域.随着我国北斗系统(BDS)的完全部署,其为GNSS系统发展带来了新的机遇和挑战.对GPS、GLONASS的PPP静态、动态事后解算研究已经比较成熟,但实时北斗PPP还处于研究发展阶段,实时北斗PPP的应用场景还不多,针对这一问题,本文旨在对单频北斗实时PPP进行研究.基于BDS系统,本文建立了单频北斗PPP模型,并基于车载动态测试实验,验证本文提出模型的正确性,并得出北斗单频PPP可以实现车道级定位,为北斗的实时应用推广做出一定的探索.     

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.      

基于单个GPS/BDS信标台增强的实时精密单点定位

随着IGS实时服务的推广,实时轨道、钟差产品可用于实时PPP;然而,在一些通讯条件差的地方,如偏远山区和广袤的海洋,差分信号的播发与接收仍然是实时PPP的障碍。文中提出一种基于单个GPS/BDS信标台的实时PPP定位方法:基站采用广播星历和无电离层伪距、相位观测值,实时估计耦合轨道、钟误差;单向通讯的方式播发给用户端,减小通讯量,提高用户端的定位性能。经过分别距参考站约200km和300km的流动站进行验证,通过约10~12min收敛,GPS/BDS组合可得到水平优于20cm的定位精度。本案验证了采用广播星历进行实时PPP的可行性,为海洋和偏远地区提供一种高精度定位方法。     

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。     

基于北斗 CORS 系统的海上钻井平台精确站桩导航系统的设计与开发

由于海洋环境的复杂性与不可预测性,海上石油平台站桩或拖船是一项相当艰难的作业。海上钻井平台精确站桩导航系统是针对上海外高桥造船有限公司的JU-2000E型石油钻井平台开发设计,利用北斗CORS系统实时获得平台厘米级精度的位置信息,为移动平台精确站桩提供了可靠保障。     

石油工程GNSS精密单点定位研究及软件研发

针对传统的GPS相对定位模式已不能满足石油工程项目快速发展的需求,如在非洲或沙漠地区,通常难以获取高精度的参考点来进行GPS相对定位,而且GPS单系统则严重依赖于其单系统的稳定性、观测值数目及质量。随着我国北斗导航定位系统(BDS)的发展,使得GNSS多系统日趋完善,使用GNSS多系统精密单点定位方法则可满足现今的石油工程要求。因此,基于目前已建成运行的GNSS多系统(BDS/GPS/GLONASS)对多系统组合的精密单点定位进行了研究,采用精确的时间系统模型,并综合了抗差Kalman滤波估计及Helmert方差分量估计的方法来增强系统的抗粗差能力及合理分配各GNSS系统的权比关系。基于该研究,自主研发了BDS/GPS/GLONASS精密单点定位软件,并采用实测数据对理论及软件进行验证。结果表明,采用BDS/GPS/GLONASS多系统能够有效提高定位结果的稳定性及精度,可为石油工程行业提供定位技术支持。     

四川省BDS PPP可行性及精度分析

随着北斗系统(BDS)为亚太地区提供服务,我国北斗系统双频精密单点定位(PPP)的可行性与定位精度有待研究,为此本文首先探究了BDS双频无电离层组合PPP算法及卡尔曼滤波参数估计策略,并在此基础上开发相应数据处理软件,对四川连续运行参考站的BDS观测数据进行处理分析,结果表明BDS可以在四川省实现PPP,其平面精度5cm以内,高程精度10cm以内,定位精度目前不及GPS PPP。     

北斗广域高精度时间服务原型系统

基于精密单点定位(precise point positioning,PPP)的时间传递技术以其精度高、覆盖范围广的优点成为性能最优的GNSS时间传递方法之一。随着广域差分产品时效性的提高,实时PPP时间传递开始应用于精密授时的研究。本文在PPP时间传递技术的基础上,结合实时卫星钟差估计、接收机时钟调控及硬件延迟标校技术,建立了基于北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)的广域高精度时间服务(wide-area precise timing,WPT)系统,可为用户实时提供准确、稳定、可溯源的时间。WPT系统分为时间服务平台和用户终端两个部分。时间服务平台引入高精度的时间作为系统的参考时间基准,并提供广域实时差分改正数;用户终端基于实时PPP时间传递算法获取本地钟与系统时间基准的差异,并采用精密调钟技术实现终端与系统的同步。为了验证系统的实时授时性能,本文进行了零基线、短基线及广域环境下的性能测试和评估。试验结果表明,该系统零基线、短基线时间同步精度优于0.5 ns,广域条件下单天的授时精度均优于1 ns,为基于北斗系统的精密授时技术发展提供了参考。     

BDS精密单点定位在桥梁变形监测中的应用

桥梁变形监测是进行桥梁健康评估和后期修缮的重要内容．本文基于北斗卫星导航系统（BDS）精密单点定位技术,对实时采集的高频率BDS／GPS数据进行精密单点定位(PPP)静态和动态处理,并以相对静态定位结果作为参考,分析在桥梁复杂环境下BDS的PPP的精度,并把北斗动态PPP结果与GPS做对比．研究结果表明,在1 h连续变形监测时间左右,北斗静态PPP精度和BDS动态PPP定位精度可以达到厘米级,可以监测出大型车辆经过桥梁时的变形情况,并与GPS监测变形趋势基本一致．      

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。     

GPS/BDS组合实时动态精密单点定位

针对常规模式下。单系统实时精密单点定位精度受接收机环境和可视卫星数量影响严重等问题,研究了GPS/BDS双系统实时精密单点定位,采用非差无电离层组合载波和伪距观测值,详细推论了Kalman滤波参数估计方法的基本原理,并利用其进行参数估计,最后通过IGS站和实测数据进行了实时PPP实验,实验表明:GPS/BDS双系统定位模式较GPS单系统有明显改善,在E、N、U方向收敛后RMS值分别达到0.125 m、0.117 m、0.289 m,较单系统在各方向分别改善了11.9%、18.1%、22.5%。证明了GPS/BDS实时PPP能够达到分米级到厘米级定位精度。     

多卫星系统融合精密单点定位性能分析

随着全球四大卫星导航系统格局的成型,卫星定位系统已从单系统模式发展为如今多系统、多频率融合定位、交互操作的模式。在分析多系统精密单点定位模型及各误差项处理策略的基础上,利用RTKLIB进行GPS,GLONASS,GALILEO,BDS多系统融合精密单点定位试验,并分析其动/静态定位性能。实验结果表明:在单系统空间几何构型较差的情况下,多系统融合精密单点定位较单GPS定位精度可提高20%~40%,收敛时间可缩短35%~50%;在截止高度角超过40°的情况下,单系统会因可见卫星数量不足而无法完成连续定位,而多系统仍能实现高精度的连续定位。这在城区、山区或卫星遮蔽较严重的不利环境中有重要的利用价值。     

Ambiguity resolved precise point positioning with GPS and BeiDou

This paper focuses on the contribution of the global positioning system (GPS) and BeiDou navigation satellite system (BDS) observations to precise point positioning (PPP) ambiguity resolution (AR). A GPS + BDS fractional cycle bias (FCB) estimation method and a PPP AR model were developed using integrated GPS and BDS observations. For FCB estimation, the GPS + BDS combined PPP float solutions of the globally distributed IGS MGEX were first performed. When integrating GPS observations, the BDS ambiguities can be precisely estimated with less than four tracked BDS satellites. The FCBs of both GPS and BDS satellites can then be estimated from these precise ambiguities. For the GPS + BDS combined AR, one GPS and one BDS IGSO or MEO satellite were first chosen as the reference satellite for GPS and BDS, respectively, to form inner-system single-differenced ambiguities. The single-differenced GPS and BDS ambiguities were then fused by partial ambiguity resolution to increase the possibility of fixing a subset of decorrelated ambiguities with high confidence. To verify the correctness of the FCB estimation and the effectiveness of the GPS + BDS PPP AR, data recorded from about 75 IGS MGEX stations during the period of DOY 123-151 (May 3 to May 31) in 2015 were used for validation. Data were processed with three strategies: BDS-only AR, GPS-only AR and GPS + BDS AR. Numerous experimental results show that the time to first fix (TTFF) is longer than 6 h for the BDS AR in general and that the fixing rate is usually less than 35 % for both static and kinematic PPP. An average TTFF of 21.7 min and 33.6 min together with a fixing rate of 98.6 and 97.0 % in static and kinematic PPP, respectively, can be achieved for GPS-only ambiguity fixing. For the combined GPS + BDS AR, the average TTFF can be shortened to 16.9 min and 24.6 min and the fixing rate can be increased to 99.5 and 99.0 % in static and kinematic PPP, respectively. Results also show that GPS + BDS PPP AR outperforms single-system PPP AR in terms of convergence time and position accuracy.     

北斗多模组合RTK实时定位性能比较与分析

针对省级北斗地基增强系统在推进建设中系统评估方法存在的欠缺,提出了北斗多模组合定位测试方法。通过重点分析6种组合定位模式下的RTK实时定位关键性能表现,对定位初始化时间、固定成功率、连续性定位精度和实时定位精度等关键指标进行了定量对比分析。结果表明,广东省北斗地基增强系统可为广东省范围内提供符合精度要求的实时定位服务,在基准站平均间距35km以内,采用GPS+BDS组合信号RTK实时定位效果较好,能够提升其初始化时间和固定成功率。     

Modeling tropospheric wet delays with national GNSS reference network in China for BeiDou precise point positioning

During past decades, precise point positioning (PPP) has been proven to be a well-known positioning technique for centimeter or decimeter level accuracy. However, it needs long convergence time to get high-accuracy positioning, which limits the prospects of PPP, especially in real-time applications. It is expected that the PPP convergence time can be reduced by introducing high-quality external information, such as ionospheric or tropospheric corrections. In this study, several methods for tropospheric wet delays modeling over wide areas are investigated. A new, improved model is developed, applicable in real-time applications in China. Based on the GPT2w model, a modified parameter of zenith wet delay exponential decay wrt. height is introduced in the modeling of the real-time tropospheric delay. The accuracy of this tropospheric model and GPT2w model in different seasons is evaluated with cross-validation, the root mean square of the zenith troposphere delay (ZTD) is 1.2 and 3.6 cm on average, respectively. On the other hand, this new model proves to be better than the tropospheric modeling based on water-vapor scale height; it can accurately express tropospheric delays up to 10 km altitude, which potentially has benefits in many real-time applications. With the high-accuracy ZTD model, the augmented PPP convergence performance for BeiDou navigation satellite system (BDS) and GPS is evaluated. It shows that the contribution of the high-quality ZTD model on PPP convergence performance has relation with the constellation geometry. As BDS constellation geometry is poorer than GPS, the improvement for BDS PPP is more significant than that for GPS PPP. Compared with standard real-time PPP, the convergence time is reduced by 2–7 and 20–50% for the augmented BDS PPP, while GPS PPP only improves about 6 and 18% (on average), in horizontal and vertical directions, respectively. When GPS and BDS are combined, the geometry is greatly improved, which is good enough to get a reliable PPP solution, the augmentation PPP improves insignificantly comparing with standard PPP.     

嵌入式GPS/BDS实时精密单点定位方法

实时性和动态性是精密单点定位面临的关键问题。本文基于实时轨道钟差改正产品,讨论了GPS/BDS实时精密单点定位数学模型及误差处理方法。搭建嵌入式软硬件平台,研制出一套具有实时GPS/BDS双系统高精度定位功能的嵌入式设备。测试结果表明,对于嵌入式GPS/BDS实时精密单点定位,静态条件下平面方向优于3 cm,高程方向优于8 cm;动态条件下平面方向优于12 cm,高程方向优于15 cm。     

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。     

BDS/GPS精密单点定位收敛时间与定位精度的比较

采用武汉大学卫星导航定位技术研究中心发布的北斗精密卫星轨道和钟差,在TriP 2.0软件的基础上实现了BDS PPP定位算法,并利用大量实测数据进行了BDS/GPS静态PPP和动态PPP浮点解试验。结果表明,BDS静态PPP的收敛时间约为80min,动态PPP的收敛时间为100min;对于3h的观测数据,静态PPP收敛后定位精度优于5cm,动态PPP收敛后水平方向优于8cm,高程方向约12cm;与GPS PPP类似,东分量上定位精度较北分量稍差。当前由于BDS的全球跟踪站有限,精密轨道和钟差精度不如GPS,因此BDS PPP的收敛时间较GPS长,但收敛后可实现厘米至分米级的绝对定位。