顾及OSB改正的BDS-3新频点精密单点定位精度分析

基于武汉大学发布的BDS-2/3观测量偏差(OSB)改正产品,采用国内8个iGMAS测站1个月的观测数据,分析OSB改正前后对B1I/B3I旧频点及B1C/B2a新频点2种组合模式下BDS-2/3伪距单点定位(SPP)和精密单点定位(PPP)精度的影响。结果表明,B1I、B3I、B1C和B2a的OSB年均值为-80～70 ns,各频点OSB年稳定性分别为3.41 ns、5.87 ns、2.04 ns和2.32 ns。在BDS-2/3伪距单点定位方面,改正后B1I/B3I组合的3D方向定位精度优于2.53 m, B1C/B2a组合的3D方向定位精度优于3.84 m,二者精度提升均不明显。在BDS-2/3精密单点定位方面,B1I/B3I组合的3D方向定位精度优于7.7 cm,提升约20.6%,收敛时间约为38 min,提升约7.3%;B1C/B2a组合的3D方向定位精度优于3.7 cm,提升约11.9%,收敛时间约为36 min,提升约16.3%。     

基于多路径修正的BDS-3差分码偏差估计北大核心CSCD

首先基于多路径延迟对BDS-3伪距观测数据进行逐历元修正,然后利用连续1个月已修正好的观测数据对BDS-3新频点11类差分码偏差(differential code bias,DCB)作估计与分析,最后比较估计的DCB产品和CAS提供的DCB产品对PPP的影响。结果表明:1)BDS-3多路径延迟中几乎不存在和高度角相关的多路径偏差,多路径延迟为0~1 ns;2)估计的DCB与CAS的DCB偏差为0.1 ns,3类DCB闭合差在0.2 ns以内,估计值的STD值与CAS的相当,比DLR的更稳定;3)估计的DCB与CAS的DCB在不同测站的PPP精度大致相当。     

BDS-3精密单点定位性能比较分析

基于西安测绘研究所发布的BDS-3精密轨道和钟差产品,研究B1C-B2a双频组合的卫星端差分码偏差（DCB）改正模型,并分析中国科学院发布的DCB产品的稳定性。采用10个MGEX测站7 d的观测数据,对非差非组合和无电离层组合模型下的B1I-B3I、B1C-B2a两种双频组合的BDS-3精密单点定位精度进行对比分析。结果表明,BDS-3静态定位精度水平方向优于2.0 cm,高程方向优于2.5 cm,收敛时间在31 min左右;模拟动态定位精度水平方向优于3.4 cm ,高程方向优于4.1 cm,收敛时间在60 min左右;B1I-B3I、B1C-B2a两种双频组合定位精度相当且收敛时间较为接近,二者都可用于北斗精密单点定位。     

IGSO新卫星对BDS-3伪距单点定位精度影响分析

针对BDS-3系统IGSO卫星对BDS-3伪距单点定位精度的影响,基于MEGX跟踪站实测数据,分析了IGSO对BDS-3卫星可见数、PDOP值以及单双频伪距单点定位精度的影响.经过试验分析,发现IGSO有效地增加了BDS-3卫星可见数和改善了BDS-3卫星空间分布结构,IGSO卫星的加入有效地提升了BDS-3伪距单点定位精度,对于单频伪距单点定位精度的影响B2a优于B3I,B31优于B1I,对于双频伪距单点定位精度的影响B3I/B2a优于B1I/B2a,B1I/B2a优于B1I/B3I.同时发现,BDS-3单频伪距单点定位精度优于双频,因此建议在进行伪距单点定位时,采用单频伪距单点定位.     

多频BDS-3/Galileo/GPS长基线相对定位性能分析

为充分发挥BDS-3和Galileo多频信号的定位优势,对BDS-3和Galileo四频宽巷组合进行优选,并基于优选后的组合构建适用于BDS-3单系统、Galileo单系统、BDS-3/Galileo双系统和BDS-3/Galileo/GPS三系统的多频定位模型,通过对多频长基线数据进行测试,对比分析4种定位模式下的定位精度和稳定性。结果表明,在对长度超过500 km的长基线进行定位解算时,BDS-3单系统定位精度优于Galileo单系统;水平和垂直方向上BDS-3/Galileo双系统组合定位精度均可达到dm级,较BDS-3单系统提升幅度分别在10%和25%以上,稳定性也有明显改善;BDS-3/Galileo/GPS三系统定位精度较双系统也有提升,提升幅度在10%左右;双系统和三系统的相对定位精度均达到1×10^-9 m量级,可以满足长基线精密定位要求。卫星系统的增加不仅可增大可视卫星数,还可增强卫星的几何结构,从而有效提高定位精度和稳定性。     

Galileo卫星导航系统初始运行阶段单点定位性能评估与分析

基于多GNSS实验跟踪网（the multi-GNSS experiment,MGEX)的实测数据，对当前Galileo单系统标准单点定位（SPP）和精密单点定位（PPP）性能进行评估与分析。结果表明：1）Galileo双频标准单点定位的水平精度优于2 m，垂向精度优于4 m；2）GAL-201、GAL-202可用于SPP解算，引入二者之后，平均定位可用率提升10%，达到80%以上；3）当观测时长为3 h时，Galileo静态PPP可达到水平方向优于5 cm、垂向优于7 cm的定位精度；而随着观测时长的增加，其精度逐步提高，当观测时长为24 h时，水平精度优于1 cm，垂向精度优于3 cm。     

高度角对BDS-3与多系统兼容短基线解算精度影响分析

针对BDS-3新频率组合在极端高度角环境下短基线解算性能较差问题,本文提出使用BDS-3/GPS/Galileo/QZSS多系统兼容频率组合定位方法,并通过5种不同高度角实验进行解算验证。结果表明,在低高度角情况下,BDS-3系统B1C/B2a组合短基线定位性能较优,可以实现cm级定位;在极端高度角情况下,BDS-3系统B1C/B2a组合短基线定位性能较差甚至不能实现定位。而多系统兼容频率短基线定位性能相比BDS-3有较明显提升,尤其是BDS-3/GPS/Galileo/QZSS4系统组合提升效果最为明显,即使高度角达到50°,历元解算率优于95%,E、N、U、3D 4个方向解算精度分别可以达到1.19 cm、2.30 cm、5.61 cm和6.18 cm。     

北斗三号全球系统空间信号精度评估分析

以精密星历和钟差为基准,对BDS-3广播星历的轨道精度、钟差精度和3类空间信号测距误差(signal-in-space range error, SISRE)精度进行评估。结果表明,BDS-3广播星历的轨道精度明显优于BDS-2同类卫星,其轨道径向RMS精度优于0.18 m,切向和法向RMS精度优于0.6 m;BDS-3广播星历钟差的误差基本小于5 ns,且较BDS-2卫星变化更为平稳,其平均RMS统计精度为1.86 ns,平均95%统计精度为3.23 ns,均优于BDS-2卫星;BDS-3卫星仅受轨道影响的SISRE、全球平均SISRE和最差SISRE的RMS统计精度分别为0.12 m、0.58 m和0.60 m,相应95%统计精度分别为0.22 m、0.99 m和1.02 m,较BDS-2均有明显提升。     

BDS/GNSS精密单点定位性能分析

首先采用国际上通用的德国地学中心（GFZ）与武汉大学（WHU）精密产品,对GNSS精密卫星轨道和精密钟差产品精度进行初步评估;然后基于WHU精密轨道和钟差产品对18个分布于东半球的MGEX地面站进行多系统定位测试,同时也对BDS的B1I/B3I与B1C/B2a两组新、旧频点的精密单点定位性能进行对比分析。结果表明：1）四大导航系统（GPS、GLONASS、BDS、Galileo）的卫星轨道产品精度均在cm级,精密钟差内符合精度均优于0.1 ns,北斗三号（BDS-3）卫星钟精度相比北斗二号（BDS-2）有显著提升。2）亚太地区BDS的定位精度优于其他3个系统;在其他地区,GPS定位精度最优（与Galileo基本相当）,优于BDS和GLONASS的定位结果。3）BDS PPP平均收敛时间静态模式约为50.33 min、动态模式约为77.83 min,收敛速度略低于GPS、Galileo,优于GLONASS。4）B1C/B2a与B1I/B3I双频消电离层组合PPP定位性能基本相当。     

极地地区北斗三号单点定位精度分析

为分析BDS-3在极地地区的定位精度,选取两极地区10个MGEX站连续7 d的观测数据进行SPP和PPP实验。结果表明,BDS-3在两极地区可见卫星数及PDOP基本一致,平均可见卫星数约为9颗,PDOP约为2.3。BDS-3各频点间定位精度相差不大,南极地区SPP定位精度略优于北极,特别是U方向。北极地区E、N、U方向定位精度分别优于1 m、1 m和5 m,南极地区E、N、U方向定位精度分别优于1 m、1 m和2 m。BDS-3在两极地区PPP定位精度相当,与GPS定位精度基本一致,各频点组合定位精度在E、N、U方向均优于2 cm。     

BDS卫星端差分码偏差对定位的影响及改正模型研究

分析GPS时空参考点下卫星钟差参数改正原理,结合伪距观测方程推导BDS单频及双频消电离层组合在标准单点定位、精密单点定位下的差分码偏差（DCB）改正公式。采用MGEX发布的DCB文件,分别进行多个测站的定位解算。结果表明,BDS伪距B1B2及B1B3双频定位DCB改正前E、N方向精度较单频差,严重影响定位精度,改正后E方向精度提高在dm级,N、U方向提高在m级;精密定位下B1B3组合DCB改正后与B1B2组合定位结果非常吻合,静态及仿动态下精度都有提高。     

川江航道BDS/GNSS船舶精密位速监测性能分析

采用精密单点定位和相位历元间差分法分别评估普通航段和库区航段BDS/GNSS的定位和测速性能。结果表明,在普通航段,BDS-2定位精度为0.1~0.2 m;GPS、BDS-3、BDS全系统的定位精度相对较高,水平方向优于0.07 m,垂直方向优于0.09 m,测速精度相当,均在mm/s级;BDS/GPS、GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合后,定位和测速精度相较于单系统提升约30%。在库区航段,GPS定位精度严重下降,水平方向为0.6 m;BDS-3与BDS全系统定位精度略有下降;多系统组合后,定位和测速精度受周围环境影响程度较低,与普通航段基本相当。     

MGEX北斗差分码偏差产品质量分析

对MGEX发布的北斗差分码偏差（differential code biases, DCB）产品的精度与稳定性进行质量分析,比较其日解产品与周解产品,并利用交叠式Allan方差初步计算分析北斗差分码偏差的随机误差特性。结果表明,北斗系统IGSO卫星DCB产品精度与稳定性最优,MEO次之,GEO最差。3种产品中,DCBB2B3的精度与稳定性最优,DCBB1B2次之,DCBB1B3最差。实验分析得出,北斗系统DCB随机误差组合主要为WN+GM,DCBB1B2、DCBB1B3与DCBB2B3的高斯白噪声分别为0.16 ns、0.15 ns、0.09 ns;一阶马尔可夫过程噪声分别为0.093 ns/d、0.049 ns/d、0.058 ns/d,相关时间分别为42.63 d、85.79 d、42.63 d。     

顾及ISB参数的BDS-2/BDS-3精密单点定位性能分析

对北斗二号(BDS-2)B1I/B3I信号与北斗三号(BDS-3)B1I/B3I、B1C/B2a信号系统间偏差ISB参数的特性进行分析,分别使用B1I/B3I和B1C/B2a信号进行BDS-2/BDS-3静态和动态精密单点定位(PPP)性能评估。实验结果表明,BDS-2与BDS-3 B1C/B2a信号之间的ISB参数大于B1I/B3I信号,且均具有较好的天内和天间稳定性;与单BDS-2相比,BDS-2与BDS-3组合可显著提升静态和动态PPP的性能,收敛时间缩短51.9%以上,定位精度提升46.1%以上;与B1I/B3I信号相比,BDS-3 B1C/B2a信号参与PPP解算后收敛时间有所缩短;估计ISB参数后,BDS-2/BDS-3静态和动态PPP收敛时间分别缩短8.8%和12.6%,定位精度均提升7.1%。     

BDS-3卫星钟差模型化特性分析北大核心CSCD

采用2021年(GPS周2138~2190)IGS BDS-3卫星精密钟差产品进行周期性变化分析,并在周期性分析结果基础上建立高精度模型化函数。结果表明,附加8个周期的模型化精度能达到0.049 ns,与二次多项结果相比,精度提高约70%。同时,对BDS-3卫星钟差模型化结果进行精密单点定位(PPP)性能分析,虽然其收敛时间稍慢于IGS最终产品,但能实现cm级定位,且模型化产品与目前IGS离散化产品相比可大大节省内存空间。     

BDS-3新卫星对极地地区定位性能的影响分析

针对BDS-3新卫星对极地地区定位性能的影响,分析了BDS-3新卫星对极地地区北斗B1I、B2I以及B3I卫星3个频率数据质量以及定位精度的影响。经研究发现,BDS-3新卫星增加了极地地区北斗卫星可见数,有效改善了极地地区的北斗卫星空间分布结构,增强了卫星信号强度,降低了多路径效应,BDS-3卫星的加入使极地地区北斗伪距单点定位精度与GPS相当。进行北斗与GPS组合精密单点定位时,BDS-3新卫星提升精度效果优于BDS-2卫星,而BDS-2/BDS-3组合精密单点定位精度低于GPS。研究结果旨在为今后极地地区北斗高精度定位研究提供一定的参考意义。     

北斗三号新信号中长基线RTK定位研究

针对北斗三号MEO卫星和IGSO卫星新增加的B1C和B2a信号中长基线RTK定位精度仍未确定的问题,利用4组中长基线实测数据对BDS-3新信号、BDS-3的B1I、B3I信号和GPS的 L1、L2信号进行数据质量分析和中长基线双频RTK定位研究。结果表明,在数据质量方面,BDS-3的可视卫星数和PDOP值优于GPS,BDS-3新信号的信噪比和多路径误差与BDS-3的B1I、B3I信号和GPS的L1、L2信号相当;在中长基线RTK定位方面,BDS-3新信号B1C+B2a组合的模糊度首次固定时间优于BDS-3的B1I+B3I组合,BDS-3新信号B1C+B2a组合的定位精度略优于BDS-3的B1I+B3I组合和GPS的L1+L2组合,可为用户提供cm级定位精度。     

基于GF模型的BDS-3/GPS/Galileo三频模糊度固定性能分析

基于实测数据评估基于无几何（geometry-free,GF）模型的BDS-3/GPS/Galileo三频模糊度固定性能。首先给出适用于BDS-3/GPS/Galileo短基线TCAR（triple-frequency carrier ambiguity resolution）算法的三频线性组合;然后基于不同长度的实测短基线数据,评估BDS-3/GPS/Galileo超宽巷、宽巷及窄巷模糊度单历元固定性能。结果表明,对于5 m、3.6 km和13.1 km三条基线,BDS-3/GPS/Galileo超宽巷模糊度固定率相当（99.7%以上）,BDS-3/GPS宽巷模糊度固定率（97.2%以上）略优于Galileo（93.0%以上）,BDS-3窄巷模糊度固定率（92.2%以上）略优于GPS/Galileo（89.4%以上）。     

BDS-3多频PPP模型性能分析

为验证BDS-3新三频PPP模型的定位性能,在原始观测方程的基础上推导新三频PPP模型,并重新推导模型中的伪距偏差改正。利用14个MGEX测站观测到的数据对3种三频PPP模型及2种传统双频非差非组合模型的静态和动态定位性能进行比较分析。结果表明,新三频PPP模型在收敛时间和定位精度上均有所提升,其中TDF模型的提升效果最好。     

高精度公共参数对轨道精度的影响分析

受BDS-2、GLONASS、Galileo卫星跟踪站在全球范围内数量少且分布不均匀的影响，在BDS-2、GLONASS、Galileo定轨过程中需要联合GPS解算高精度公共参数，以提高轨道精度。为优化联合定轨的数据处理策略，需要重点分析联合定轨中公共参数对轨道的影响，从理论上分析无电离层组合中公共测站坐标、对流层和接收机钟差参数对多系统联合定轨的贡献量，然后开展单系统和多系统联合定轨实验。结果表明，高精度的公共参数使各单系统的定轨精度有显著提升，BDS-2的IGSO及GLONASS、Galileo定轨精度提升20%，BDS-2的MEO定轨精度提升60%。