Galileo广播星历评估及其对定位精度的影响

分析现阶段伽利略空间信号的精度，并评估伽利略广播星历及其对单点定位的影响。统计30 d健康卫星广播星历，结果表明，FOC和IOV两种类型的广播星历卫星轨道误差优于0.8 m，并且径向误差最小，法向误差次之，切向误差最大；伽利略卫星的钟差误差精度达到1.0 ns；从空间信号测距误差对伽利略卫星进行整体分析，广播星历精度优于1.0 m，FOC与IOV卫星精度相当；用广播星历进行事后单点定位的精度可以达到dm级。     

GNSS广播星历精度评定与对比

以gbm精密星历和钟差作为参考真值，对GPS、BDS、Galileo以及GLONASS四大系统2017-02-01~02-28的广播星历、钟差以及卫星空间测距误差（SISRE）的精度进行对比分析。结果表明，GPS轨道径向、切向、法向的精度为1 m、0.4 m、0.8 m左右，钟差约为2 ns，卫星信号测距误差（SISRE）约0.4 m；BDS不同类型卫星表现出很大差异；Galileo卫星的径向、切向、法向的精度为0.3 m、0.3 m、0.2 m，钟差约3 ns，SISRE约1 m；GLONASS卫星的径向、切向、法向精度为0.4 m、1.0 m、0.4 m，钟差约7 ns，SISRE约2 m。     

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。     

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。     

GLONASS卫星广播星历精度分析

讨论了对GLONASS卫星广播星历进行误差分析采取的方案;通过对GLONASS广播星历与IAC分析中心精密星历与钟差产品的比较,分析了连续两周所有健康GLONASS卫星的广播星历轨道及钟差的误差特性。分析结果表明：当前GLONASS广播星历轨道误差的径向均方根误差在1 m以内,切向均方根误差在6 m以内,法向均方根误差在4 m以内,GLONASS钟差误差均方根误差在15 ns以内;从空间信号测距误差(SISRE)分析, GLONASS卫星广播星历整体精度优于4.5 m。     

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。     

基于长期数据的北斗广播星历精度评估

介绍了广播星历精度评估的基本原理和方法,并利用2013-01~2015-04共28个月的广播星历数据,分析比较了北斗不同类型卫星的轨道精度、钟差精度及整体精度的短期和长期变化趋势。结果表明,GEO卫星广播星历的轨道精度约为1.8 m,钟差精度优于6 ns;IGSO和MEO广播星历的轨道精度优于1.2 m,钟差精度优于4 ns,整体上优于GEO卫星。从长期变化趋势来看,北斗广播星历的精度有逐渐提高的趋势。     

GPS卫星钟差高精度模型化及在精密单点定位中的应用

采用多项式和结合周期项的混合函数模型进行GPS卫星钟差高精度模型化与精度分析。结果表明，周期项对于卫星钟差模型化精度的提高具有重要作用。对于Rb 钟卫星，Block ⅡF卫星钟差模型化精度0.03 m（约0.1 ns）左右，Block ⅡR和Block ⅡR-M卫星钟差模型化精度0.05 m（约0.2 ns）左右，而Cs钟卫星钟差模型化精度则低一个数量级。采用精密单点定位进行模型化结果分析得到，混合模型化钟差参与解算的定位结果精度可达cm级，收敛时间约为4 h。以上表明，简单的模型化参数可在一定程度上代替繁琐的序列钟差，实现简化GPS卫星钟差服务模式。     

基于B1C/B2a观测数据的北斗卫星精密定轨及广播星历轨道分析

利用开通全球服务以来近2 a的iGMAS和MGEX观测数据,确定并分析北斗三号卫星B1C/B2a数据的长时序定轨性能,以评估广播星历轨道对用户定位的影响。结果表明,基于新频点B1C/B2a观测数据的北斗三号MEO卫星精密轨道径向精度约为3 cm, IGSO约为8 cm。除GEO外,北斗三号IGSO/MEO卫星的广播星历轨道在径向、法向和切向的平均精度约为0.11 m、0.36 m和0.38 m,均优于GPS卫星;卫星轨道引起的用户测距误差(SISRE)约为14.5 cm。然而,广播星历轨道的激光测卫(SLR)检核残差结果显示,其轨道径向存在明显系统性偏差,最大可达近10 cm。     

Galileo空间信号误差和标准定位性能初步分析

具体分析导航定位精度各类影响因素的大小,进而评估Galileo定位性能,为Galileo导航定位用户和系统下一步建设提供参考。以精密轨道和钟差产品作为参考,分析广播星历轨道精度钟差精度,并统计分析两者对用户定位的综合影响,即空间信号误差（URE）的大小。结果显示,轨道误差的均方根误差切向在2 m以内、法向在1 m以内、径向优于0.5 m,钟差均方根在3 ns以内,URE(1 σ)约为0.82 m。仿真分析全球Galileo卫星的可见性及位置精度衰减因子（DOP）值的大小,并采用实测数据对用户环境设备误差（UEE）的主要成分进行分析和统计。分析评估Galileo系统的标准定位性能,在全球范围内标准三维定位精度（1 σ）为3.8～6.4 m。     

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。     

MGEX和iGMAS的多系统轨道和钟差产品精度分析

采用分析中心间互比、SLR残差检核、卫星钟差拟合以及阿伦方差等方法对MGEX和iGMAS提供的多系统轨道和钟差产品精度进行综合分析。结果表明，GPS和GLONASS卫星的轨道精度分别在1.0~1.3 cm和2.0~3.6 cm，其中iGMAS提供的轨道产品较优。Galileo卫星的轨道一致性在10~17 cm，采用ECODE2模型或附加先验模型可有效提高轨道精度。BDS GEO卫星的轨道一致性在数m级，径向精度约为25 cm；IGSO和MEO卫星的轨道一致性分别在21~40 cm和11~18 cm左右，且径向精度分别优于10 cm和5 cm。MGEX和iGMAS提供的GPS和GLONASS卫星的钟差精度较好，但稳定性和可靠性仍有待提升。Galileo卫星的钟差一致性约为0.2~0.4 ns，且钟差产品中吸收了未被模型化的轨道误差。BDS GEO、IGSO和MEO卫星的钟差一致性分别在0.35~0.46 ns、0.25~0.33 ns和0.11~0.21 ns，其中CODE提供的BDS IGSO/MEO卫星的钟差产品受偏航姿态模式影响较大。     

资源三号02星双频GPS快速精密定轨

采用资源三号02星双频GPS观测数据和CODE快速星历，利用非差简化动力学方法实现卫星精密定轨。通过卫星轨道重叠弧段检验，轨道径向精度优于3.90 cm，位置精度优于5.52 cm。利用SLR观测数据检核卫星轨道，精度优于4 cm。采用轨道外推和瞬时根数方法预报轨道，12 h内切向精度优于30 m。     

星载单频GPS实时精密定轨模型研究

采用星载单频GPS伪距和相位观测数据，构建单频伪距相位无电离层组合(GRAPHIC)消除电离层延迟误差的影响，同时建立伪模糊度参数随机模型，吸收广播星历中的轨道和钟差误差。对国内外8颗低轨卫星星载GPS实测数据进行单频实时定轨模拟解算，结果表明，使用GRAPHIC组合作为主要观测值，实时定轨位置精度达到0.44~0.55 m，速度精度达到0.37~0.63 mm/s，相比于传统的基于双频伪距观测值的实时定轨方式，定轨精度提升40%左右。根据本文星载单频GPS定轨模型和算法，仅使用低成本的单频GPS观测即可以实现低轨卫星高精度实时定轨。     

基于SDP4模型的BDS卫星轨道预报精度

结合两行轨道根数(TLE)星历与SDP4模型预报BDS IGSO、GEO与MEO卫星30 d轨道,并采用GFZ事后精密星历评估轨道预报误差。将所得轨道预报误差与广播星历、历书的轨道预报误差进行对比,结果表明,本文方法轨道预报精度显著优于广播星历与历书。     

GPS定位的误差来源与未来发展

GPS定位的精度受到诸多因素的影响,其主要误差来源包括与GPS卫星有关的误差、与信号传播有关的误差、与接受设备有关的误差。GPS的未来发展,一是依赖于1999年底研制成功的新一代BlockⅡF工作卫星,它们将逐步代替目前轨道上的BlockⅡR卫星,其寿命为现有卫星的3倍;二是采用第3个民用频率（L3C）发播不保密的民用信号,民间用户无需解算整周相位模糊值,在大幅缩短观测时间的前提下,能获得厘米级的定位精度,大大提高观测成果的可靠性和工作效率。我国在卫星定位领域已取得突破性进展,“北斗导航定位系统”的建成对我国国民经济建设和国家安全有重要作用。     

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。     

基于SSR信息的GPS实时精密单点定位性能分析

连续接收10 d CNES实时播发的以状态空间表示的数据流信息，数据流的完整性可达91.769%；结合卫星广播星历实时恢复精密卫星轨道与钟差得出，CNES播发的实时数据流轨道三维位置精度优于4.5 cm，钟差精度优于0.09 ns。用得到的卫星轨道和钟差对10个IGS测站10 d观测数据进行精密单点定位解算，得出基于SSR信息的RTPPP可以实现23 min收敛到10 cm精度的定位性能，单天解三维点位精度优于3 cm。     

基于广播星历的北斗卫星在轨运行状态分析

利用北斗卫星的广播星历数据提取轨道参数与钟差参数指标,从卫星轨道平面参数、形状参数、定向参数和卫星钟差序列等方面对现阶段北斗在轨卫星的运行状态进行分析。结果表明,BDS卫星的轨道异常多于卫星钟差异常,其中GEO卫星出现异常的频率最高,IGSO卫星次之,MEO卫星的运行状态最稳定。     

基于小时观测文件拼接的GPS实时钟差确定算法

针对目前常用的GPS实时钟差确定算法主要基于实时观测数据流实现,使产品可靠性和完整性受限于网络质量,及广播星历和IGU-P精度较低的问题,提出并实现基于小时观测文件拼接的实时钟差确定算法。该算法基于小时观测文件数据,通过将钟差估计与自适应超短期钟差预报相结合以确定实时钟差。30 d实时在线结果显示,基于小时观测文件确定的实时钟差精度约为0.25 ns,优于广播星历和IGU-P,与IGS RTS提供的实时钟差精度相当,且能保证产品的可靠性和完整性。