北斗三号广播星历空间信号测距误差分析

全球导航卫星系统(GNSS)的空间信号测距误差(Signal-In-Space Range Error,SISRE)是影响大地测量用户定位与授时性能的主要因素。本文利用武汉大学提供的2019年事后精密轨道和钟差产品,对北斗三号(BDS-3)广播星历轨道、钟差参数和SISRE精度进行评估与分析。结果表明,北斗三号各MEO卫星广播星历轨道的径向、切向和法向的精度(以RMS表征)分别优于0.12 m、0.60 m和0.50 m,卫星的3D轨道精度基本能够达到0.6 m;BDS-3卫星广播星历钟差参数呈现出明显非零均值偏差,所有卫星钟差参数均方根误差的平均值为0.42 m;仅考虑轨道误差影响时,BDS-3卫星广播星历SISRE值均小于0.15 m,同时考虑钟差参数误差的影响,BDS-3广播星历的SISRE平均值达到0.51 m。     

里程计辅助车载GNSS/INS组合导航性能分析

车载GNSS/INS组合导航中，GNSS信号易受外界干扰而失锁，导致INS独立导航误差迅速累积。为提高车载松组合导航系统的精度和完整性，使用里程计观测信息结合非完整性约束辅助车载组合导航。考虑里程计刻度系数误差和IMU安装角影响，推导出里程计的输出模型，给出基于卡尔曼滤波的里程计辅助GNSS/INS松组合的数学模型。设计GNSS信号中断的数据实验，结果表明，里程计能有效抑制组合导航系统误差发散，在GNSS中断60 s或10 min的情况下，位置精度提高超过90%。     

GNSS基线向量与点位协方差传播方法的等价性

在GNSS控制网平差和点位测量中,需将GNSS基线向量协方差和点位协方差在不同坐标系间进行传播。推导了GNSS基线向量协方差从高斯平面直角坐标系到大地坐标系、再到空间直角坐标系的严密和简化传播公式,研究了GNSS基线向量协方差和点位协方差传播的等价性和统一性。理论和算例证明,推导的传播公式是正确的,可用点位协方差传播公式代替复杂的基线向量协方差传播公式,基线向量协方差和点位协方差在空间直角坐标系与高斯平面直角坐标系间的传播,都可统一到形式简单的空间直角坐标系与站心直角坐标系间的传播。     

基于小波变换与RBF神经网络的GNSS水汽值预测研究

利用小波变换与RBF神经网络方法预测河北省GNSS水汽值。首先对GNSS测站水汽序列进行小波分解,然后利用RBF神经网络对小波分解的高频与低频信号进行预测,最后通过实验选择合适的高频与低频信号结果重构获得GNSS水汽值预测值。以实测GNSS水汽值为标准,基于小波变换与RBF神经网络预测的GNSS水汽值精度高于单一RBF神经网络预测精度,但预测结果的精度随着预测时长的增加而降低。     

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。     

城市复杂环境下GNSS/INS组合导航算法研究

针对城市环境下GNSS车辆导航存在卫星信号易受影响的问题,利用GNSS/INS组合算法提高复杂环境下城市车辆定位性能。基于城市环境下实测GNSS数据评估分析定位结果,使用GNSS/INS组合的常规卡尔曼滤波算法实现卫星失锁区域导航。同时,提出一种基于新息的自适应卡尔曼滤波算法,可有效增强卫星数较少及信号干扰严重区域的车辆导航定位能力。该方法利用量测与预测的关系构造自适应因子,改善定位精度。结果表明,常规卡尔曼滤波可在20 s卫星信号失锁情况下保证亚m级导航精度,自适应卡尔曼滤波算法在卫星信号受到严重干扰时,其定位精度相比于常规卡尔曼滤波算法提高30%,可满足在城市复杂环境下的高精度、高可靠性车辆导航定位服务需求。     

方差膨胀模型用于GNSS/加速度计融合变形监测

为解决GNSS信号在环境遮挡、多路径误差等影响下监测精度不可靠的问题,基于Huber选权迭代法,将方差膨胀思想引入GNSS/加速度计融合滤波算法中,从随机模型角度对GNSS异常值的量测噪声进行自适应调整,降低GNSS异常观测对Kalman滤波量测更新的影响,提高GNSS/加速度计融合变形监测结果的可靠性。在静态和动态2种场景下进行验证分析,结果表明,改进融合算法能够显著提高复杂多路径环境下的GNSS监测精度,其解算获取的形变位移三维方向RMS均在1.8 cm以内,可为复杂环境高精度变形监测提供参考。     

顾及GNSS坐标时间序列中季节信号的CEEMD降噪方法

针对互补集合经验模态分解（complementary ensemble empirical mode decomposition,CEEMD）在GNSS坐标时间序列降噪过程中需要选取筛选准则的问题,提出一种顾及GNSS坐标时间序列中季节信号的CEEMD降噪方法。首先利用CEEMD方法对GNSS坐标时间序列进行分解,然后计算各本征模态函数（intrinsic mode function,IMF）的平均周期,将平均周期低于120 d的IMF分量作为噪声分量扣除,并重构剩余分量为信号分量。利用该方法对中国大陆227个GNSS垂向坐标时间序列进行降噪,并与以连续均方误差和相关系数为筛选准则的CEEMD降噪方法的结果进行对比。结果表明,本文方法未出现过度降噪,而其他2种方法均导致部分测站的季节信号被扣除;在未过度降噪站点,本文方法GNSS坐标时间序列的RMS、幂律噪声和速度不确定度的平均改正率分别为19.13%、88.29%和86.46%,优于其他2种方法。     

全球第五个卫星导航系统数据中心落户武大

<正>国际GNSS服务组织IGS近日正式通知,由武汉大学建设全球第五个IGS数据中心。该数据中心将面向全球卫星导航定位用户免费提供国际IGS基准站观测数据、GNSS卫星精密轨道、精密钟差以及地球自转参数等数据服务。它将改变我国卫星导航用户完全依赖国外数据中心的现状,使我国用户下载GNSS数据的速度从过去数十     

北斗卫星广播星历精度分析

讨论了BDS卫星广播星历精度分析方案,通过BDS卫星广播星历与IGS MGEX的GBM分析中心精密星历产品进行比较,统计分析连续一个月所有在轨健康BDS卫星的广播星历轨道及钟差的误差特性。结果表明：1）当前BDS卫星广播星历轨道误差的径向均方根误差在1 m以内,GEO类型卫星的轨道切向、法向精度在8 m以内,IGSO、MEO类型卫星的轨道切向、法向精度在4 m以内;2）BDS卫星钟差误差与轨道类型没有关系,其精度在10 ns左右;3）从空间信号测距误差（SISRE）角度分析,BDS卫星广播星历整体精度与BDS卫星轨道类型关系不明显,BDS卫星广播星历整体精度优于2 m。     

BDS区域卫星导航系统空间信号精度评估

针对BDS区域卫星导航系统的空间信号精度评估问题,分析利用精密星历进行空间信号评估的算法以及SISURE的投影原理,讨论BDS不同星座的参数选择。估计BDS各个卫星的空间信号精度,估算出SISURE综合误差的平均值为1.54 m,与GPS的空间信号精度还存在一定差距。针对个别导航卫星某些分量误差偏大的情况进行分析,发现GEO卫星SISURE个别时段较差和轨道机动有一定关系,并明确了BDS实际的空间信号精度,可为BDS用户提供一定参考。     

卫星导航系统国际标准工作的现状分析与对策研究

随着卫星导航系统功能的不断增强及其应用领域的不断拓展,导航技术标准对于卫星导航产业化的意义愈发重要。本文采用综合分析与归纳对比的方法,着重从卫星导航系统空间信号接口控制文件(ICD文件)、卫星导航接收设备数据格式标准和国际民航、国际海事、3GPP等行业应用标准三个方面对GNSS国际标准的现状进行了分析,指出了当前北斗卫星导航系统(BDS)国际标准工作面临的机遇与挑战,并在此基础上提出了建议与策略。     

基于CYGNSS数据的星载GNSS-R水体分布探测方法研究

利用CYGNSS（cyclone global navigation satellite system）采集的GNSS卫星反射信号,提出一种基于星载GNSS-R的水体分布探测方法。首先对CYGNSS低轨卫星星座采集的GNSS反射信号进行处理,获取地表反射率数据;再按0.01°×0.01°的空间分辨率将研究区划分为格网,剔除异常值和无效值后,利用区域均值算法重新计算各格网的反射率,并利用格网样本方差和标准差作为衡量指标,采用随机游走图像分割算法进行水体分布探测;最后利用本文提出的方法分析刚果盆地的水体分布情况,并利用MODIS数据对结果进行评估。结果表明,星载GNSS-R具有较强的水体分布探测能力,进一步拓展了GNSS-R的应用场景。     

地月历表误差对共线平动点周期轨道的误差影响分析

基于圆形限制性三体问题下地月平动点的3阶轨道解析解,分析不同初值条件下的轨道演化特性,并基于误差传播理论研究地月历表误差对地月共线平动点周期轨道在不同初值及初值误差时的影响。结果表明：1)轨道误差与地月历表误差在同一个量级,当地月历表误差均值不为0时,其峰值大约为地月历表误差的2.5倍,轨道误差随时间变化的无量纲周期约为轨道无量纲周期的0.5倍;2)在同一条轨道的不同位置,地月历表误差影响存在较大差异,平面Lyapunov轨道、Halo轨道和垂直Lyapunov轨道误差的峰值点分别位于或接近X向最大值与最小值处、Z向最大值与最小值处和z=0处。     

顾及星历数据龄期的北斗IGSO、MEO卫星空间信号精度分析

利用2013~2015年广播星历数据分析北斗系统3类卫星广播星历中星历数据龄期的特性，并针对北斗系统IGSO卫星和MEO卫星数据龄期分布特性，分析不同数据龄期条件下的两类卫星空间信号精度。结果表明，卫星数据龄期具有周期性，并和卫星所处轨道面具有一致性。对于IGSO卫星，平均数据龄期在1.7 h左右，最大数据龄期可以达到7 h。仅考虑轨道情况下，不同数据龄期条件下空间信号精度差异最大可以达到0.5 m。对于MEO卫星，平均数据龄期在11 h左右，最大数据龄期可以达到2 d甚至以上。仅考虑轨道情况下，不同数据龄期条件下空间信号精度差异IGSO卫星最大达到0.9 m。IGSO卫星2013~2015年平均URE分别为0.81 m、0.84 m、1.11 m；MEO卫星2013~2015年平均URE分别为0.84 m、0.82 m、1.04 m。     

基于经验小波变换的GNSS多路径误差改正

多路径误差是影响GNSS测量精度的主要因素及误差改正难点。将经验小波变换(EWT)算法在分解复杂信号上的优势与GNSS多路径误差的周日重复特性相结合,提出基于EWT的多路径误差提取及改正新方法。将能量熵与相关系数相结合来定义筛选系数,并将其变化显著的点作为含噪分量及信息分量的分界点;通过对含噪分量进行去噪并与信息分量重构的方式建立基于EWT的去噪新方法。模拟和实测数据实验表明,EWT能较好地提取及改正GNSS多路径误差,并且其效果显著优于EMD及小波分析方法。     

全球第五个卫星导航系统数据中心落户武大北大核心CSCD

国际GNSS服务组织IGS近日正式通知,由武汉大学建设全球第五个IGS数据中心。该数据中心将面向全球卫星导航定位用户免费提供国际IGS基准站观测数据、GNSS卫星精密轨道、精密钟差以及地球自转参数等数据服务。它将改变我国卫星导航用户完全依赖国外数据中心的现状,使我国用户下载GNSS数据的速度从过去数十KB／s提升至数MB／s。     

欧洲民用CNSS策略和方案

欧洲对卫星导航的策略观点认为,不能依靠单国军方控制的卫星系统实现单一导航手段,但组成民间多国共建的国际管理运行的GNSS系统不能一步到位,因而制订了GNSS—1和GNSS—2分阶段目标.美国GPS政策暴露了独霸性和排他性,ESA提出“空间模块”概念,可以从区域性系统渐进地扩展成全球系统,在策略上、组织和集资问题上均较有利.本文首先阐述欧洲共同策略及其组织形式,然后对欧洲诸国各组织提出的不同方案,分别作简要介绍.     

基于完备经验模态分解自相关消噪技术的GNSS高精度动态变形监测研究

为了更好地消除混杂在变形序列中的噪声,利用完备经验模态分解（CEEMD）将形变信号自适应分解为不同尺度的振动模态。针对分解分量中信号和噪声区分标准不唯一的问题,构造一种CEEMD与自相关分析相结合的去噪算法,实现有效信号和随机信号的分离。将该算法应用在仿真实验和GNSS变形监测实测数据处理中,并与传统的小波去噪方法进行比较。结果表明,该算法避免了小波基选择带来的影响。     

基于奇异谱分析的GNSS坐标时间序列粗差探测与噪声估计

考虑到传统谐波模型难以精确描述GNSS坐标时间序列的非线性变化,导致信号和噪声不能很好地分离,进一步影响粗差探测和噪声估计,本文提出一种基于奇异谱分析的粗差探测与噪声估计算法。首先采用奇异谱分析方法分离出GNSS坐标时间序列中的信号与噪声,然后基于IQR准则探测噪声中的粗差,最后采用最小二乘方差分量估计（LS_VCE）方法定量估计各噪声分量。算例表明,相比于传统基于谐波模型的算法,该算法的粗差探测准确率更高,且估计的噪声分量与真值更接近。