亚太地区BDS-3/GNSS组合系统单频单点定位性能分析

针对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)向全球提供定位、导航和授时(PNT)服务后的定位性能评估问题,基于MGEX (Multi-GNSS Experiment) WHU2站7天实测数据,从可视卫星数、几何精度衰减因子(GDOP)、定位精度、定位成功率和伪距残差方面分析了BDS-3及BDS/GNSS组合伪距单点定位(SPP)性能. 结果表明:在亚太地区,BDS-3具有比美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo更优的SPP性能,其水平、垂直和三维精度分别为1.19 m、2.34 m、2.38 m,三维精度比北斗二号卫星导航系统(BDS-2)、GPS、GLONASS和Galileo 的SPP精度分别提升了54.8%、27.2%、86.4%和1.2%. 此外,BDS/GPS/Galileo组合能获得最优的SPP精度,其水平、垂直和三维精度分别为0.96 m、1.66 m、1.77 m,相较于BDS-2/BDS-3 SPP分别提升了18.6%、19.4%和17.3%.      

不同截止高度角下BDS-3SPP精度分析

针对卫星可见数与历元可用率较低情况下的BDS-3定位性能,本文基于MEGX跟踪站BDS-3与GPS实测数据,分析了不同高度角（10°、20°、30°、40°）下BDS-3卫星B1I、B1C、B2a、B3I,以及GPS系统L1频率的单点定位（SPP）精度。研究发现,BDS-3平均卫星可见数与卫星空间几何构型优于GPS,且随着高度角的增加呈线性变化。BDS-3的4个频率的SPP精度随着高度角的增加呈先增加后降低的趋势,高度角为20°时,定位精度最高,高度角达到40°时,定位精度最低,且历元可用率也最低;但B1I和B3I历元可用率仍大于90%,而B1C和B2a历元可用率大于70%;不论是SPP定位精度还是历元可用率,均优于GPS系统L1频率。     

无人机载低成本北斗/GPS实时定位精度分析

北斗卫星导航系统采用3种轨道类型卫星组成的混合星座,抗遮挡能力强,同时创新融合导航与通信能力,具备全球定位、导航、授时服务能力。利用小型无人机搭载低成本北斗/GPS芯片,设计并实现软硬件系统。通过实时回传的观测数据,采用GPS、北斗以及北斗/GPS组合三种定位模式,进行实时单点定位,并对各模式下的可见卫星数、空间几何精度衰减因子和定位精度进行分析与评估。实验表明：无人机载北斗/GPS组合定位,平均PDOP值为1.4,可见卫星数达32,实现了较优的观测几何构型,历元利用率高。北斗/GPS组合模式与RTK接收机获取的坐标比较,在E、N、U方向上定位偏差分别达到2.5 m、4.1 m和2.4 m。     

北极地区BDS-3伪距单点定位精度分析

针对北斗三号卫星导航系统（BDS-3）在北极地区的定位性能,本文基于METG站和SOD3站分析了北极地区BDS-3的卫星可见数、PDOP 值、单频和双频伪距单点定位精度.经研究发现,北极地区BDS-3卫星可见数和 PDOP 值与GPS卫星一致,B1I频率与B3I频率伪距单点定位精度相当,相比于GPS卫星L1频率伪距单点定位精度略差,B1I／B3I频率组合下的伪距单点定位精度低于任一单频伪距单点定位精度,并且相比于GPS卫星L1／L2频率组合下的伪距单点定位精度略差.      

不同截止高度角下BDS/GPS/GLONASS/Galileo多模组合SPP性能分析

针对单系统在遮挡环境下可见卫星数较少、历元利用率低、定位稳定性、定位可靠性和定位精度较差的问题,首先,利用间接平差法对BDS/GPS/GLONASS/Galileo组合观测方程进行求解;然后,运用最小二乘法原理求解待估参数,最终解算出测站点坐标。采用MGEX站部分测站的数据对不同截止高度角下(7°、15°、20°、30°、40°、45°)不同模式GPS、GPS+Galileo、GPS+GLONASS、BDS+GLONASS+Galileo、GPS+BDS、GPS+GLONASS+BDS、GPS+GLONASS+BDS+Galileo的单点定位(single point positioning,SPP)进行解算和数据处理。结果表明,在截止高度角为45°时,点位离散程度变差,但相比其他模式特别是GPS单系统,GPS+GLONASS+BDS+Galileo组合稳定性和可靠性都较好;GPS单系统历元利用率较低,全天不足1/3,然而GPS+BDS、GPS+GLONASS+BDS、GPS+GLONASS+BDS+Galileo组合历元仍然全天可用,GPS部分历元精度优于GPS+GLONASS+BDS和GPS+GLONASS+BDS+Galileo组合,但整体定位性能较差。GRCE组合在全天历元可用和实现单点定位前提下,整体定位性能优于其他模式。     

北斗二号对北斗三号伪距单点定位精度影响分析

针对当前BDS-2/BDS-3组合定位性能,基于国际GNSS服务(IGS)跟踪站对BDS-2/BDS-3的组合定位实测数据,分析了北斗二号(BDS-2)不同类型卫星对北斗三号(BDS-3)卫星B1I、B3I与B1I/B3I双频组合伪距单点定位精度的影响. 经研究发现,BDS-2不同类型星座卫星都能有效改善BDS-3卫星可见数与卫星空间几何构型,地球静止轨道(GEO)卫星、倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星、中圆地球轨道(MEO)卫星使BDS-3单频和双频伪距单点定位精度的提升在20%以内,而全部BDS-2卫星使BDS-3单频和双频伪距单点定位精度的提升在30%以内,整体提升关系为:BDS-2全部卫星>IGSO卫星>GEO卫星>MEO卫星.      

BDS-3/GPS中长基线单历元解算精度分析

针对正式建设完成的BDS-3中长基线定位性能,以MGEX跟踪站构成的一组实测数据为基础,从定位精度与模糊度2个方面分析了GPS、BDS-3、GPS/BDS-3中长基线定位性能。实验结果表明,BDS-3的卫星可见数、PDOP值、定位精度、模糊度固定情况略差于GPS,BDS-3中长基线定位精度可以达到厘米级,模糊度固定率在97%以上,GPS/BDS-3组合相比GPS、BDS-3在任一方面都有明显提升。     

GPS/BDS/GLONASS/Galileo多系统融合在中国区域的仿真分析

通过STK软件对GPS、BDS、GLONASS、Galileo四个系统的星座结构进行仿真,并选择单系统与多系统组合定位的方式对中国区域内的可见卫星数、GDOP值和定位精度进行覆盖分析。结果表明,GPS/BDS/GLONASS/Galileo四系统组合定位在我国的GDOP值可达0.7~0.8,定位精度可达3~4m,优于其他方式的组合定位;同时四系统组合定位下的GDOP值降低,定位精度更好,GDOP值与定位精度的波动异常得到了抑制,导航定位的性能与稳定性也得到了相应的提升。     

BDS-2/BDS-3/GPS/Galileo双频精密单点定位精度分析与评价

由于北斗卫星导航系统(BDS)已完成正式组网,有必要对BDS的定位性能进行精度评估与分析. 本文主要通过在MGEX (Multi-GNSS Experiment)选取8个测站5天的观测数据,以北斗二号/北斗三号(BDS-2/BDS-3)为主分析BDS-2/BDS-3、BDS-2/BDS-3/Galileo、BDS-2/BDS-3/GPS、BDS-2/BDS-3/GPS/Galileo四种不同组合卫星系统静态精密单点定位(PPP)性能,试验结果表明:BDS-2/BDS-3静态PPP在东(E)、北(N)、天顶(U)方向上的定位精度和收敛速度分别优于2.49 cm、2.27 cm、4.04 cm和34.6 min、19.3 min、28.1 min;BDS-2/BDS-3/Galileo静态PPP在E、N、U方向上的定位精度和收敛速度分别优于1.81 cm、1.65 cm、2.94 cm和20.4 min、13.0 min、18.6 min;BDS-2/BDS-3/GPS静态PPP在E、N、U方向上的定位精度和收敛速度分别优于1.67 cm、1.62 cm、2.82 cm和18.3 min、10.2 min、16.1 min;BDS-2/BDS-3/GPS/Galileo静态PPP在E、N、U方向上的定位精度和收敛速度分别优于1.46 cm、1.40 cm、2.45 cm和14.5 min、9.3 min、14.5 min.      

Galileo/GPS精密单点定位收敛时间与定位精度的比较与分析

研究了Galileo PPP参数估计及其误差处理方法,并采用MGEX 1924和1925周的数据进行了试验分析。结果表明,Galileo系统的平均可见卫星数不到GPS的一半。卫星数为4颗左右时,定位收敛通常需要180个历元,而达到6颗时仅需要66个历元。可见卫星数的增加显著提升了Galileo的收敛速度,随着卫星数的进一步增多将会达到与GPS收敛速度相当的水平。Galileo的3 h静态PPP收敛后的定位偏差约是GPS PPP的2.5倍,达到4.75 cm。随观测时间的增加定位精度提升显著,其6、12、24 h的定位精度分别能达到2.38、1.51和1.26 cm;其中12和24 h的定位精度比GPS略低约0.40 cm,但二者水平方向的精度优于1 cm,高程方向的偏差比1 cm稍大。     

BDS-3数据质量及SPP定位性能分析

北斗三号（BDS-3）已完成建设,在此之际对BDS-3观测数据质量及定位性能进行研究分析是一项很有意义且必要的工作. 本文利用MGEX（Multi-GNSS Experiment）站的观测数据评估分析了BDS-3的观测数据质量及伪距单点定位精度,并同时与北斗二号（BDS-2）、GPS的定位精度进行对比分析. 结果表明:BDS-3在各测站的数据完整率都在95%以上;各频段的信噪比均值均高于45 dB·Hz,但地球静止轨道（GEO）卫星信噪比频繁大幅波动;各类型卫星的伪距多路径平均值都低于35 cm,大部分卫星的伪距观测值噪声普遍小于0.3 m. BDS-2/BDS-3组合定位精度相较于BDS-2、BDS-3均有不同幅度的提升,但在高纬度地区对BDS-3定位精度提升幅度很小. BDS-3在全球各区域均能获得水平优于3 m、高程优于4 m的定位精度,与GPS定位性能大致相当.      

BDS-2/BDS-3伪距单点定位精度分析

北斗三号(BDS-3)基本系统于2018年底开始提供全球服务．通过处理37个全球GNSS服务组织(IGS)多模实验跟踪网(MGEX)观测站90天北斗数据,评估了北斗二号(BDS-2)和BDS-3在全球范围内的可见卫星数、几何精度衰减因子(GDOP)和单频伪距单点定位精度,分析了BDS-2／BDS-3组合对BDS-2、BDS-3单系统空间几何构型、伪距单点定位(SPP)精度的改善程度．结果表明,BDS-3的空间几何构型较BDS-2有明显的提升,定位精度在东方向、北方向和高程方向分别为1.490、2.610、5.238 m(RMS),相较于BDS-2分别提高了58％、1％、24％．BDS-2／BDS-3组合在东方向、北方向和高程方向分别为1.45、2.36、4.90 m(RMS),较BDS-2与BDS-3单系统分别提高了59％、11％、29％,以及3％、10％、6％．并且BDS-2／BDS-3组合明显削弱了BDS-2定位精度与地理经度相关的边缘效应.      

低纬度高海拔地区BDS/GPS/GLONASS非差非组合PPP性能分析

本文在简述非差非组合理论模型以及参数估计的基础上,结合IGS/MGEX精密轨道和精密钟差等产品,对地处低纬度高海拔的云南地区进行了BDS/GPS/GLONASS系统非差非组合PPP性能分析。通过试验研究分析得出,在该地区单系统定位模式下可视卫星数为BDS>GPS>GLONASS;组合模式下,BDS系统与其他系统的可视卫星数基本都大于GPS跟GLONASS系统组合,可视卫星数依次为GRC>GC>RC>GR,PDOP值依次为GR>RC>GC>GRC。其中,组合模式下可视卫星数基本是单系统可视卫星数的2~3倍,表明在低纬度高海拔地区BDS系统的贡献大于其他两系统。多系统组合能够获得更好的卫星几何构型,较单系统有显著的优越性。在定位精度上,7种组合模式下定位精度基本能达到厘米至毫米级。     

GEO卫星对BDS-3伪距单点定位性能定量提升分析

地球静止轨道（GEO）卫星是北斗卫星导航系统（BDS）星座的主要组成部分,为分析其对北斗三号（BDS-3）定位性能的影响,本文基于MGEX跟踪站实测数据,分析了GEO卫星对BDS-3伪距单点定位精度的影响．经研究发现,GEO卫星能有效改善BDS-3卫星可见数与卫星空间几何构型,能有效提升BDS-3伪距单点定位精度,北斗二号（BDS-2）／BDS-3 GEO卫星使BDS-3伪距单点定位精度的提升量优于任一单系统GEO卫星,GEO卫星对BDS-3伪距单点定位水平向定位精度提升在30％以内,对高程方向定位精度提升在20％以内．      

低轨卫星增强北斗三号导航星座性能分析

针对低轨卫星星座有待合理化设计的问题,深入研究了低轨卫星星座增强北斗三号系统定位性能。分析轨道高度、轨道倾角、星座构型对星座覆盖性能的影响,仿真北斗三号、GPS和3种不同类型的低轨星座,研究各低轨星座与北斗三号、GPS的组合系统在所选7个测站以及全球范围内的可见卫星数和PDOP值分布。结果表明低轨卫星对北斗三号的增强效果主要与低轨卫星数目有关,且不同轨道倾角的组合低轨星座有利于均衡系统在全球范围内的可见卫星数与PDOP值分布。低轨卫星有望通过改善卫星观测几何构型提高北斗三号系统的定位性能,且增强效果与低轨星座构型密切相关。     

“一带一路”沿线及周边地区BDS定位性能动态分析

本文通过STK软件对BDS全球组网时至当前的星座结构进行了动态仿真,确定了“一带一路”沿线及周边地区最小可见卫星数、GDOP值以及定位误差的动态变化过程。结果表明,当前BDS已实现“一带一路”沿线大部分地区的覆盖,中国大陆、东南亚、南亚等地区的定位精度优于13 m,但北欧、东欧、西亚等小部分地区的定位精度仍有待提高;MEO卫星较GEO／IGSO卫星对“一带一路”沿线及周边地区定位精度的提升作用要大;同时发现,随着可见卫星数的增加,GDOP值逐渐减小,但当可见卫星数达到一定值时,随着可见卫星数的增加,GDOP值的减小幅度不明显,说明单纯增加可见卫星数有时并不完全能提高定位精度。