BDS-3 MEO卫星偏航姿态对PPP的影响

系统比较深地影期间BDS-3 SECM和CAST MEO卫星采用公开的偏航姿态模型计算的模型姿态与名义姿态的差异,首次评估其对天线相位缠绕和相位中心等几何误差的改正及PPP结果的影响。结果表明,对于机动期间的BDS-3 MEO卫星,采用名义姿态会导致CAST 和SECM 卫星的天线相位中心改正误差分别达0.2 m和0.02 m, 相位缠绕改正误差达0.1～0.2周。由于卫星机动时间较短以及观测几何构型较强,与模型姿态相比,名义姿态的使用并不会引起PPP结果显著下降。     

北斗天线相位中心改正策略及其对定位精度的影响分析

当前尚未有权威机构发布北斗接收机天线相位中心改正信息，从而影响和限制了北斗系统的高精度定位应用。针对这一亟待解决的问题，采用以GPS天线相位中心改正（PCO和PCV改正）模型代替BDS天线相位中心改正来提高北斗定位精度的处理策略。结果表明，采用上述处理策略，PPP高程方向偏差从1 dm减小到cm级，相对定位的高程方向偏差从cm级减小到mm级，验证了此处理策略的有效性和可行性。     

BDS卫星天线相位中心改正模型比较

介绍北斗二代卫星系统(BDS)3种卫星天线相位中心改正模型,分析对比不同模型对精密定轨、卫星钟差以及精密定位的影响。结果表明,ESA/ESOC的BDS卫星天线相位中心改正模型在精密定轨、卫星钟差和精密定位方面均优于其他模型结果,建议在北斗高精度数据处理中采用。     

FES2004和GOT4.7海潮模型改正对全球PPP的影响特征及差异分析

针对目前少有全球范围PPP海潮负荷影响特征分析的问题,对比FES2004与GOT4.7海潮模型改正前后20个IGS站静态和动态PPP的解算结果,探讨2种模型下的潮波差异。实验结果表明,海潮负荷引起全球沿海站点的U方向位移达5 cm,但在地中海及波罗的海等陆间和内陆海域,并非单纯随站点离海岸线越近位移越大;海潮负荷在世界范围24 h静态PPP中对坐标误差RMS的影响达数mm,改正后收敛时间提升率最高达30%,但在某些岛屿和陆海交界地带对E、N方向的改正效果较差;基于2种模型计算的全球M₂分潮U方向差异在近海区域最大可达13 mm,且地理分布上与海潮本身无必然联系,负荷形变差异具有与海潮类似的周期性特征,在马来群岛附近达数mm,且半日潮差异高于周日潮与半月潮。     

北斗三号卫星天线相位中心改正模型对精密定轨和定位的影响

基于实测数据分析天线相位中心PCO改正模型和观测值频点选择对北斗三号卫星精密定轨和定位的影响。结果表明,基于北斗官方CSNO发布的PCO模型定轨定位表现稍优于IGS协议模型。此外,相较于两者PCO模型差异的影响,B1C/B2a与B1I/B3I观测值频点的选择对精密定位影响更为显著。以IGS B1I/B3I PCO模型为参考,CSNO B1C/B2a PCO模型定位坐标在E、N、U方向上的精度分别提升约5%、13%、14%,可应用于北斗高精度数据处理。     

第二代星基增强系统GATBP的PPP服务模糊度固定效果

为验证第二代星基增强系统GATBP PPP服务的模糊度固定效果,使用与观测值相关的信号偏差改正数对卫星硬件延迟进行改正,利用LAMBDA方法分别固定宽巷和窄巷模糊度,获得固定的单差无电离层组合模糊度。使用GATBP精密产品对10个MGEX测站7 d的观测数据进行PPP解算,并与CODE精密产品解算结果对比。结果表明,使用GATBP产品的宽巷和窄巷模糊度固定率平均值分别为95%和30.2%,水平方向定位误差RMS优于10 cm,三维定位误差RMS优于15 cm,相位观测值残差RMS优于3 cm,对流层估计误差RMS优于1.5 cm;使用CODE产品的宽巷和窄巷模糊度固定率平均值均在95%以上,相位观测值残差、定位误差和对流层估计误差均显著小于GATBP产品。     

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。     

资源三号卫星全色影像的姿态角常差检测

根据资源三号卫星传感器的成像原理,构建严格几何模型进行直接定位。通过对不同时间的资源三号全色影像进行实验,验证了姿态角常差的存在,并建立校正模型对其进行改正。利用少量控制点改正姿态角常差后,影像立体定位精度可显著提高。不同地区的实验结果表明,姿态角常差不是恒定不变的,需要根据长期观测建立其变化模型。     

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。     

BDS PPP高精度时间传递方法与精度比较

利用武汉大学发布的事后精密星历和5 min间隔的精密卫星钟差产品,运用北斗精密单点定位技术（BDS PPP）进行时间传递实验,实验数据采用甘肃省卫星定位连续运行基准站中4个站3 d的观测结果。为了验证BDS载波相位法（BDS CP）时间传递的精度,将其与GPS CP法进行对比。结果表明,BDS CP法与GPS CP法之差的RMS大约在±0.055 ns左右,而GPS CP法可以实现0.1～0.2 ns的时间传递,因此在亚ns量级上可以认为这两种方法的精度基本相当。     

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。     

区域GNSS网的整数卫星钟差解算

基于双差模糊度的整数性质,从理论上证明,通过固定基准模糊度可以使整网的星间单差模糊度都恢复整数性质,实现星间单差模糊度固定,从而得到整数卫星钟差。提出模糊度连续弧段的概念,改进基准模糊度选取方法。实验表明,对于1 d弧长的区域观测网数据,与旧方法相比,新方法获得的基准模糊度的数量增加近1倍;基准模糊度固定之后,窄巷模糊度成功固定的比例从60%左右提高到90%左右。将得到的整数卫星钟差用于30 min弧长的快速静态PPP,实现固定解的比例为96.00%。模糊度固定之后,PPP定位N、E、U方向的RMS分别达到7.3 mm、9.8 mm、23.3 mm。     

一种适用于PPP动力学模型异常的自适应Kalman滤波

为了削弱PPP参数估计中动力学模型异常对Kalman滤波解的影响,针对PPP状态向量中各类参数不符值对动力学模型异常描述特性的不同,以位置相关为条件对参数进行分类,构建分类因子自适应Kalman滤波用于PPP参数估计。选取6个IGS站点3 d的数据,使用标准Kalman滤波与构建的自适应Kalman滤波进行PPP解算分析。结果表明,相较于标准Kalman滤波,自适应Kalman滤波能通过自适应因子调节状态预测协方差,加速PPP收敛。静态模式下,平均收敛时间从28.2 min缩减到19.4 min,N、E、U方向的平均精度为1.50 cm、3.34 cm、5.55 cm,分别提高7%、14%、19%;动态模式下,构建的自适应Kalman滤波解N、E、U方向偏差的RMS值为2.7 cm、3.6 cm、6.3 cm,较标准Kalman滤波分别提高13%、28%、43%。     

系统偏差常数弧段估计策略对多系统静态精密单点定位的影响

为探讨系统偏差最优估计策略，利用IGS提供的GPS、BDS、GLONASS和Galileo 四系统的观测数据以及GFZ提供的精密卫星钟差和精密轨道产品，将系统偏差（ISB）按照高斯白噪声、20 min、30 min、1 h、2 h分段常数进行单天静态解，分别获得E、N、U方向上的坐标偏差，分析不同系统偏差求解策略下多系统融合PPP的收敛时间和定位精度。结果表明，在多系统融合静态PPP中，从观测模型强度与定位结果稳定性和可靠性角度综合考虑，对ISB采用20 min分段常数估计策略是最优的，静态PPP收敛时间在30 min左右，收敛后的定位精度E方向优于2 cm、N方向优于1 cm、U方向优于5 cm。     

极地地区多模GNSS精密单点定位精度分析

基于多模全球导航卫星系统（GNSS）与精密单点定位(PPP)技术,分析极地多模GNSS精密单点定位策略。通过一天一站解和一天多站解,对11种不同导航卫星系统组合下的精密单点定位结果进行实验分析。结果表明：1）各组合中BDS和Galileo组合的定位结果最差,与平均值相比定位精度的差值范围在0.4~1.3 cm之间;2）极地地区各组合N方向收敛时间的平均值为7~11 min,定位精度的平均值优于1.3 cm,明显优于E方向和U方向;3）相同环境下三系统组合较双系统组合在E、N、U方向的收敛时间分别缩短10.3%、14.1%、7.3%,在定位精度上分别提升9.6%、4.6%、11.7%;四系统组合较三系统组合在E、N、U方向的收敛时间分别缩短6.8%、－2.1%、2.0%,在定位精度上分别提升4.9%、－7.1%、5.3%。研究结果表明,三系统组合的定位性能较双系统组合提升明显,四系统组合较三系统组合定位性能改善不明显。     

基于北斗3号PPP-B2b信号的精密单点定位精度分析

选取IGMAS中国区域的5个测站2020年年积日(doy)112~116期间的观测数据,分析北斗3号PPP-B2b信号静态、动态精密单点定位（PPP）精度。结果表明,B2b轨道产品R、A、S方向精度分别优于0.07 m、 0.33 m、 0.24 m,钟差STD优于0.08 ns;在中国区域内,利用北斗3号PPP-B2b信号,静态PPP定位N、E、U方向精度RMS分别达到0.8 cm、1.5 cm、1.6 cm,动态PPP定位精度RMS分别达到3.6 cm、 6.0 cm、12.2 cm,可满足导航与位置服务、大地测量等应用服务需求。     

LEO星座增强GNSS的精密单点定位初步分析

本文选取GPS系统和Iridium系统，采用数学仿真技术初步分析了LEO星座对GNSS在精密单点定位中的增强作用。在仿真了BJFS站GPS和Iridium观测数据的基础上进行Iridium增强GPS的伪动态下精密单点定位实验，结果表明：与GPS单系统相比，GPS＋Iridium双系统的可视卫星数平均增加1.5颗，GDOP值和PDOP值降低0.25左右；Iridium增强GPS后PPP滤波矩阵的条件数快速减小，提升了PPP滤波矩阵的稳定性，提高了天顶U方向的定位精度，从而提高了三维的定位精度，PPP收敛时间缩短了30%以上；采用单差MW法固定PPP模糊度，分别以Ratio=1.5、3、5作为模糊度固定成功的指标，并与模糊度仿真值对比，PPP模糊度首次固定成功所需的时间缩短40%以上。     

不同太阳、月亮坐标算法对GNSS部分系统误差的影响研究

研究天文年历、JPL星历计算的太阳、月亮坐标的差异及对GNSS导航定位的影响。结果表明,不同星历计算的太阳坐标差异最大为5×10⁸ m,月亮坐标差异最大为3×10⁶ m。天文年历与DE421计算的星固系X方向之间的夹角最大达30′（Y方向与X方向类似）。太阳坐标差异引起的相位绕转改正之间的差异最大达0.3 mm,卫星天线相位中心偏差改正之间的差异最大达3 mm。太阳、月亮坐标差异导致固体潮改正之间的差异最大达3 mm。经实测GPS数据验证,不同星历计算的太阳、月亮坐标差异对PPP的影响可以忽略,建议在PPP中采用计算效率高的天文年历。     

GPS/Galileo实时精密单点定位精度分析

在组合PPP函数模型分析的基础上，采用CNES提供的多系统实时轨道和钟差信息，实现GPS/Galileo组合单双频实时静动态PPP，并选取10个MGEX站10 d的观测数据进行解算分析。结果表明，单双频实时静态PPP中，GPS/Galileo组合的定位精度略优于单纯的GPS；单双频实时动态PPP中，GPS/Galileo组合具有较好的定位效果。相较于单纯的GPS，GPS/Galileo组合单频PPP在E、N、U方向平均精度为10.6 cm、9.8 cm、22.5 cm，分别提高了5.4%、4.9%、10.4%；双频PPP在E、N、U方向平均精度为4.3 cm、2.9 cm、7.0 cm，分别提高了6.5%、6.5%、5.4%。同时，GPS/Galileo组合PPP较GPS在收敛时间方面也有一定的改善。     

基于正则化与恒星日滤波的BDS多路径误差削减方法

在重构的载波相位单差残差基础上,利用分段思想估计北斗卫星的多路径重复时间,分别采用正则化方法和经典小波滤波方法提取载波相位单差残差的多路径信号,得到“干净”的单差残差序列。实验结果表明,利用Tikhonov正则化方法正确提取多路径信号是可行的,多路径信号比原始测量残差更具平滑性,并进一步优化了正则化参数的估计方法。利用优化后的Tikhonov正则化方法与恒星日滤波后,载波相位单差残差平均改进40.5%;坐标残差E、N、U方向分别改进24.8%、26.3%和42.7%。无论是观测值域还是坐标域,优化后的Tikhonov正则化方法较传统的小波滤波方法更具优越性。