非滑动式与滑动式拉格朗日插值法在BDS精密星历内插中的比较分析

在高精度卫星定位数据处理中,对精密星历内插处理是一项基础工作。利用拉格朗日多项式插值法,从三方面对北斗导航系统精密星历进行了内插精度分析,分别是非滑动式拉格朗日插值法在不同插值阶数下的插值精度,滑动式拉格朗日插值法在不同插值阶数下的插值精度,以及非滑动式和滑动式拉格朗日插值法在同一插值阶数下的插值精度。算例结果表明,如果将插值阶数作为横坐标,且向右为正,插值精度为纵坐标,向上为正,那么非滑动式拉格朗日插值法的插值精度与插值阶数呈现一个开口向下的抛物线关系;滑动式拉格朗日插值法的插值阶数高于7后,插值精度处于稳定且高的状态,插值误差最大值为1. 1 mm左右,均方差在0. 4 mm左右;在同一插值阶数下,滑动式拉格朗日插值法的精度高于非滑动式拉格朗日插值法的精度。     

IGS产品在GPS时间比对中的应用

在利用GPS CV(GPS Common View)技术进行高精度时间比对时，电离层和卫星位置误差对观测到的卫星信号的影响是不容忽视的，需要对它进行精确的估计和改正．讨论IGS精密星历和CODE全球总电子含量图(TECMAPs)在GPS时间传递中的应用．计算结果表明，采用IGS产品可有效提高单站定时和远距离时间传递的精度。     

北斗坐标框架精度估算方法研究

从RNSS (radio navigation satellite system)米级服务角度给出了BDCS (Beidou coordinate system)实现精度估算方法,包括广播星历定位法、精密星历与广播星历比对法和卫星激光测距(satellite laser ranging, SLR)坐标估计法。广播星历定位法适用于用户对参考框架实现精度的实时监测,但监测精度受限于广播星历精度。轨道比对法引入了事后精密产品,监测精度较高,但其时效性相对较差。SLR坐标估计法不受电离层延迟和卫星钟差影响,在三种方法中精度最高,但由于激光测距数据量较少,无法做短期监测。结果表明,三种方法估算BDCS与ITRF对齐精度均为厘米级。最后,在中俄卫星导航系统协作背景下,估算了BDCS和PZ-90对齐精度,结果表明,两者在厘米量级对齐,能够满足米级定位用户应用需求。随着北斗三号广播星历精度的提升和SLR的发展,上述三种方法的估算精度将会进一步提高。     

中高轨卫星广播星历精度分析

GPS广播星历参数具有物理意义明确、参数少、精度高等优点,可以考虑将它应用于其他卫星导航系统。但是GPS系统的卫星构成比较单一,而其他卫星导航系统可能包含中地球轨道 (MEO)、倾斜地球同步轨道(IGSO)和地球静止轨道(GEO)等多种不同类型的中高轨卫星。分析了采用GPS广播星历参数时,MEO、IGSO和GEO卫星的广播星历拟合精度,特别讨论了轨道倾角接近于0的GEO卫星的广播星历拟合精度,并给出了相应的改进措施。计算表明,对于 MEO卫星,2 h的广播星历拟合精度(三维位置)可达厘米级;对于IGSO卫星和轨道倾角较大的GEO卫星,4 h的广播星历拟合精度约为0．1 m,径向位置误差在厘米量级;而对于轨道倾角接近于0的GEO卫星,若不采取特殊措施,由于轨道倾角和升交点经度统计相关,其广播星历拟合精度很差,为此提出了一种坐标转换方法。采用此方法后的广播星历拟合精度可达0．1 m,径向位置误差为厘米量级。     

基于广义延拓外推的单频周跳检测与修复方法

周跳的检测和修复一直是全球定位系统载波相位测量中必经解决的重要问题,目前已有不少解决方法,然而适用于单频粗码定位中的周跳检测和修复方法并不多,针对单频粗码定位中周跳的检测与修复问题,通过广义延拓外推法结合单星相邻历元相位单差对单频粗码定位中的周跳进行检测和修复。仿真和实测数据表明广义延拓外推法不仅能够快速地检测和修复1周左右的小周跳,且外推稳定度要比经典的多项式拟合法高50%以上。该方法执行效率高、实用性强、外推稳定度好,是比较适合在工程中应用的一种新方法。     

北斗/GPS双频静态伪距单点定位结果对比分析

北斗卫星导航系统于2012年12月对亚太地区正式投入运行。为了对相关性能参数进行全面的分析比较,利用2014年4月在北京采集的观测时间56 h历元间隔10 s的原始双频数据,分别得到北斗与全球定位系统的静态伪距单点定位结果。北斗的可见卫星数多于全球定位系统,但是由于星座布局尚未完善,北斗的位置精度因子(Position Dilution of Precision,PDOP)均值为2.49,略大于全球定位系统的位置精度因子均值2.12。北斗的单位权中误差均值为2.28 m,全球定位系统为2.50 m,说明北斗的测距精度优于全球定位系统。北斗粗差出现的频次为0.57%,全球定位系统为1.02%,北斗的可用性优于全球定位系统。剔除粗差值后,北斗在水平、高程的内符合精度(3.24 m,4.40 m)优于全球定位系统(3.90 m,5.57 m),但与标准坐标的差值(8.50 m,3.73 m,-0.80 m)不如全球定位系统(4.50 m,2.25 m,0.56 m),即稳定性优于全球定位系统,但准确性不如全球定位系统。可以预计,随着北斗星座系统的完善,定位性能会进一步提高。     

利用IGS星历预报GPS卫星轨道

在动力学轨道拟合以及轨道积分的基础上,提出了基于IGS精密星历的GPS卫星轨道预报方法。该方法首先利用已知的IGS精密星历作为虚拟观测值,采用动力学方法拟合出GPS卫星的初始轨道和动力学参数,然后再通过积分来预报GPS卫星的轨道。主要讨论了基于不同弧段的IGS星历时,该方法对GPS卫星轨道的拟合和预报情况。研究结果显示:对于6 d弧段以内的IGS精密星历,其拟合轨道与IGS精密星历差值的三维RMS值均优于4 cm,随着拟合弧段的增加,拟合残差变大;当利用2～6 d弧段的IGS星历来预报GPS轨道时,大部分卫星第1天、第7天和第30天的三维预报精度可优于0.1 m、3 m和100 m。其中,2d弧段的IGS星历对GPS卫星第1天和第7天的预报结果最好,5 d弧段的IGS星历对GPS卫星第30天的预报结果最好。     

GPS卫星广播星历的一种应用途径

本文介绍了利用GPS卫星广播星历表计算卫星的坐标和速度的一种方法，这种方法可以消除广播星历中的随机噪声，使卫星的坐标精度达到广播星历应有的精度。同时卫星速度的精度也可达到相当于坐标精度的水平。     

北斗卫星精密星历插值精度研究

选用非滑动式拉格朗日(Lagrange)插值法和滑动式Lagrange插值法对北斗卫星导航系统(Beidou Satellite Navigation Syetem, BDS)精密星历进行插值,通过大量实验对北斗卫星导航系统卫星的插值精度与两种方法及插值阶次的关系进行研究。实验结果表明:(1)分别采用非滑动式和滑动式Lagrange插值时,中地球轨道卫星(Medium Earth Orbit, MEO)和倾斜地球同步轨道卫星(Inclined Geosynchronous Satellite Orbit, IGSO)的插值误差随阶次增加近似呈"U"形和"L"形分布,地球同步静止轨道卫星(Geostationary Earth Orbit, GEO)的插值误差随阶次的增加逐渐增大,并趋向于近似平稳;(2)当插值阶次较低时,两种方法的插值误差均呈现一定的规律性,但地球同步静止轨道卫星插值误差的规律性弱于中地球轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星;(3)各卫星采用两种方法的最优插值阶次相差均在1以内,且最佳插值阶次下,滑动式Lagrange插值精度较非滑动式可提高11.96%～44.01%,地球同步静止轨道卫星插值精度优于中地球轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星。     

北斗星地双向时频传递与广广播钟差精度分析

与其他卫星导航系统不同,北斗卫星导航系统采用星地双向时间比对技术,直接测量卫星钟相对于地面保持的系统时间的钟差,并用于广播电文钟差参数的建模。讨论了电离层延迟误差、卫星相位中心误差等不同误差源对不同类型卫星双向时间同步卫星钟差精度的影响。实测数据分析结果表明,星地双向卫星钟差内符合精度(RMS)优于0.15 ns。利用双向卫星钟差序列,对广播星历钟差参数预报精度进行了分析,统计结果显示广播电文钟差参数预报1 h,精度在2 ns以内,移动卫星刚入境时,钟差参数预报6 h误差可达10 ns。     

GPS星历对LEO星载GPS精密定轨精度的影响

目前,越来越多的低轨卫星上都搭载了用于精密定轨的星载GPs接收机,星载GPS已成为低轨卫星精密定轨的主要手段之一.星载GPS精密定轨精度依赖于GPS星历及钟差精度.基于SHORDE-Ⅲ非差动力学定轨功能,以2005年8月1日至8月7日一周的GRACE卫星实测数据为例,采用事后精密轨道(igs)、快速轨道(igr)和超快速轨道(igu)三种GPS星历在同等条件下定轨,估计GPS星历精度对低轨卫星定轨精度的影响,实际计算结果表明igs和igr两类GPS星历定轨精度相当,约为9.5 cm,igu星历定轨精度略低于igs和igr星历,约为10.5cm:高频GPS卫星钟差数据对定轨精度会产生1-6cm影响.     

星基增强系统10参数广播星历拟合分析

为满足多种卫星轨道的应用需求,在星基增强系统新增的L5信号接口中重新设计了一种10参数星历模型。使用2016年北斗卫星系统地球同步轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中地球轨道卫星的精密轨道数据,在内符合精度、拟合成功率以及运算速度等方面,分别评估了10参数星历模型在这些卫星轨道上的拟合效果。试验结果表明,10参数星历模型可以保证10~(-3)cm左右的内符合精度。但地球同步轨道卫星和倾斜地球同步轨道卫星的拟合成功率分别为89.36%和99.17%。尝试去除idot参数以解决拟合失败的问题,结果表明,该处理可以实现100%的拟合成功率,但拟合误差有所上升,且对不同的轨道类型,拟合运算速度有不同程度的提升或下降。     

星地无线电双向时间比对模型及试验分析

星地时间同步是卫星导航系统的一个关键技术,是实现卫星导航定位的基础.针对星地时间同步问题,讨论了一种星地无线电双向时间比对方法,详细推导了该方法中星地上下行伪距的归算模型,给出了星地钟差的实用计算模型.该方法通过上下行伪距求差.消除了对流层延迟,卫星星历误差和地面站站址坐标误差等共有误差影响,与信号频率有关的电离层延迟也被很大程度地削弱,从而大大提高了时间比对精度.最后,利用实测数据进行了试验分析,结果表明:星地无线电双向时间比对精度能够达到约0.34ns,验证了理论方法和模型的正确性.     

利用卫星多普勒“传递定位”技术测定站间相对坐标

卫星多普勒定位主要误差源,星历误差和折射误差在同步跟踪一次卫星通过的两测站之间是相关的,因此卫星多普勒的同步观测能提高测站间相对定位的精度。利用这种相关性来改进定位精度的技术称之为“传递定位”(Traslocation)。本文利用国产的JSZ-4多普勒接收机的同圈观测资料进行了对“传递定位”技术的研究,介绍了进行多站多圈“传递定位”的计算方法,并对北京、上海两测站进行了“传递定位”的试测。利用1980年8月23,24日两天14圈的两站同圈观测试测的结果,两站相对坐标的内符精度为±2米,基线的长度与大地测量的结果相比相差1.5米。结果表明用这样的方法来测定站间的相对坐标是非常有效的。其相对定位的精度与单点定位的精度相比有了较大的提高。     

利用Bernese5.0软件实现LEO卫星精密定轨

越来越多的LEO卫星装载了高精度的星载GPS接收机,星载GPS定轨已成为LEO卫星精密定轨的重要手段之一。星载GPS精密定轨精度依赖于GPS星历及钟差精度,采用CODE(Center for Orbit Determination in Europe)官方网站提供的GPS精密星历及钟差数据,基于瑞士伯尼尔大学开发的Bernese 5.0软件,采用非差减缩动力学定轨方法,解算了60天的CHAMP卫星和SAC-C卫星轨道,并将所得轨道与JPL和GFZ事后科学轨道比较,得出的轨道位置三维精度优于20 cm量级,速度三维精度约为0.20 mm/s。     

GPS数据处理策略对成果精度的影响及可靠性分析

高精度全球定位系统(Global Positioning System,GPS)数据处理的成果精度往往受海潮模型、卫星轨道约束模式、星历产品等数据类型及处理策略的制约。在考虑上述影响因素的前提下进行相关实验,并基于误差理论提出一种增加基线解算次数组合平差的方法,以提高基线解算精度。实验结果表明,数据处理中置入海潮模型较未采用前精度更高,FES2004模型的内外符合精度整体最优,近海区NAO99b外符合精度占优,其它海潮模型基本相当;松弛轨道模式内符合精度较固定轨道模式内符合精度高,但外符合精度较轨道固定模式稍差。不同的精密轨道产品对最终解算结果影响较小,增加基线解算次数组合平差的方法对数据处理成果精度的提高具有明显效果,且在几种精密星历下均表现出良好的收敛性。     

基于星间链路的BDS导航系统实时星历和钟差分离修正

BDS导航系统授权服务通过提供实时广域差分改正,满足高精度导航用户的导航需求。研究独立时间同步支持下的BDS卫星导航系统的广域差分修正模型与方法,比较了星历和星钟误差的一维(即ICD文件中的等效钟差)和四维差分等两种模式的修正性能,利用DOP值分析了星历改正的误差传播规律。分析表明,一维差分模式的修正精度随轨道误差增加而降低,不适用于在轨卫星故障及GEO卫星轨道机动后轨道快速恢复等情况,并且会降低广域差分系统的可用性;而仅在星地观测条件下,广域差分的三维星历和钟差分离的四维差分模式稳定性较差,区域监测网分布严重限制了星历和钟差误差的分离精度。随着BDS全球系统发展,为满足星座自主导航的需求,系统将提供星间链路观测。通过建立仿真平台,对星间链路支持下的星历和星钟误差分离方法进行研究与分析,结果得出,增加星间链路观测,可以有效地分离星历和星钟误差,将星历误差传播放大因子降低约50%;与一维差分模型相比,将监测站布站稀疏区域内的用户差分改正精度提高约60%。     

一种速度平滑高程的增强定位方法

为提高全球导航卫星系统定位精度与连续性,提出结合使用高程坐标分量与速度分量,设计构成一种组合滤波器。利用速度测量值不断对用户高程进行平滑与修正,获得高精度的高程坐标值,并由此对测量方程组形成高程约束条件,进而提高全球导航卫星系统三维定位精度及接收机钟差解算精度。同时,由于滤波器处理后的高程值序列具有较高的精度和良好的平滑性,因此特别适于拟合与外推,从而更好地辅助卫星信号缺失的非完备星座情况,实现连续三维定位。最后,通过全球定位系统实测实验对方法进行了分析,验证了其可行性与实用性。     

GPS数据定轨与外测数据定轨结果比较

本文使用卫星上搭载的ＧＰＳ接收机获得的数据进行最小二乘法定轨。将ＧＰＳ数据定轨结果外推的星历与外测数据定轨结果外星历比较,在国境内有外测数据的弧段,两种方法位置相差３０－４０米;在国境外没有外测数据覆盖的弧段,相差１００米左右。     

武汉SLR站地心坐标的精密测定

目前全球激光测距网日臻完善，国内的激光测距网已初具规模，上海、武汉、长春等的SLR站已投入了正常观测。本文利用两批武汉站的1985年激光测LAGEOS卫星的资料，与同期的全球SLR同多的资料一起，主淫地，精密测定了武汉站的地心坐标，在归算中为了减弱地球自转参数的误差和力学模型的不确定性对测定测站坐标的影响，我们设计了多级复弧法，在不同弧段长度内联合解算地球自转参数、卫星轨道和武汉站的坐标，测得的武汉站地心坐标：高度h=38.87m±0.053m；经度λ=114°.3462470±1°.210^-6；纬度φ=30°. 5418007±1°.1×10^ -6。