BDS卫星失效对区域定位精度的影响评估

基于STK软件实现了2016-09 BDS系统星座结构的仿真，并选取可见卫星数、DOP值、系统可用性作为评估BDS卫星星座设计结构的指标，分析单颗与全部倾斜轨道卫星（IGSO）、地球静止轨道卫星（GEO）失效后对我国大陆地区BDS系统可用性的影响。结果表明，IGSO4卫星与GEO5卫星失效后对BDS在区域的定位性能影响较大，失效后的GDOP值分别为1.98、2.16。取BDS卫星正常运行时区域平均GDOP最大值(S=2.60)作为系统可用性阈值时，系统可用性分别降低了1.79%、32.63%；阈值取2S(5.20)、3S(7.80)、4S(10.40)、5S(13.00)时，系统可用性均可达100.00%。GEO整体失效后BDS系统在高精度定位中仍部分可用，而IGSO整体失效后BDS系统可用性受到大幅度限制。因此，增加在轨备份卫星时需重点考虑GEO5、IGSO4，并适当增加IGSO卫星的数目。     

GEO卫星对BDS相对定位性能的影响分析

对BDS高精度相对定位中GEO卫星的影响进行研究和分析。首先实现非差观测模型的BDS定位解算,在非差观测模型的基础上实现BDS高精度相对定位解算模型,然后分别利用全星座卫星和IGSO+MEO组合进行高精度相对定位处理,分析GEO卫星对BDS相对定位收敛时间和定位精度以及PDOP值的影响。结果表明,GEO卫星能稳定增加观测卫星数量,改善PDOP值,提高定位收敛速度和精度,BDS全星座高精度相对定位静态单天解与动态解均达到或优于cm级。     

基于EEMD-LSTM模型的BDS卫星轨道预报精度分析

为解决深度学习模型中轨道误差序列数据的噪声误差积累问题,提出EEMD-LSTM组合预测模型,并利用GEO、IGSO、MEO三类卫星数据进行轨道预报分析。结果表明,EEMD-LSTM组合预测模型在卫星轨道预报中能够有效抑制噪声的误差积累,GEO、IGSO、MEO三类卫星的轨道预报精度均有所提高,也能够有效拟合动力学模型轨道的预报误差,EEMD-LSTM组合预测模型对GEO、IGSO、MEO三类卫星的平均改进率imp分别提高2.70百分点、2.46百分点和8.33百分点。     

北斗卫星广播星历精度评估与单点定位优化模型

利用精密星历产品对BDS-2和BDS-3广播星历的精度进行系统评估,进一步比较分析不同BDS-2和BDS-3卫星星座组合对单点定位的影响,提出一种基于SISRE(signal in space range error)的单点定位加权优化模型.实验结果表明,BDS-2星座中MEO、IGSO和GEO卫星广播星历轨道误差的R...     

基于区域监测站的BDS定轨策略分析

围绕影响轨道精度和实时性的5个要素（模糊度分类固定、测站数量、定轨弧长、太阳光压模型和多系统组合）展开研究，得出区域测站分布下的定轨优选策略。实验表明，选取中国区域27个均匀分布的地面区域监测站，利用72 h弧长观测数据，采用ECOM 5参数简化太阳光压摄动模型、BDS/GPS双系统联合定轨可达到较好的精度，其中GEO卫星轨道精度约291 cm，IGSO/MEO卫星轨道精度优于11 cm。若BDS单系统采用上述策略进行定轨，也可达到GEO卫星299 cm和IGSO/MEO卫星14.4 cm的近似等价定轨精度。     

BDS三频观测值多路径误差的差异性分析

BDS分布在3个不同高度的轨道上且同时播发3种频点的信号数据，导致其观测值多路径误差可能在星座间、频点间存在差异。基于此，利用我国iGMAS跟踪网络和国际MGEX跟踪网络的17个GNSS多模观测站数据，从高度角、信号频点、接收机类型、跟踪站分布以及卫星星座等5个方面进行BDS多路径误差的差异性分析，同时与同源观测站上的GPS观测值多路径误差进行对比。结果表明，B3频点的多路径误差最小；3种星座间，GEO卫星的多路径误差最小；BDS的GEO卫星和IGSO卫星的多路径误差在地域上无明显的差异；BDS的B3频点上的多路径误差优于GPS 3个频点上的对应结果，BDS的B1和B2频点与GPS的L1和L2频点上多路径误差的精度相当。     

基于信噪比检验的双参数岭型Kalman滤波及其在BDS星地联合定轨中的应用

将Kalman滤波病态性诊断与处理相结合，提出基于信噪比检验的双参数岭型Kalman滤波。在分析Kalman 滤波的病态性以及岭型 Kalman 滤波的缺陷后，引入信噪比统计量度量每个待估参数受病态性影响的大小，将待估参数区分为涉扰参数和非涉参数，并利用两个岭参数对两类参数进行不同强度的修正，结合广义岭估计思想给出两个岭参数的选取方法。该算法在降低状态参数估计方差的同时尽量减少岭型Kalman滤波引入的偏差。利用STK仿真5颗GEO卫星+24颗MEO卫星+3颗IGSO卫星的北斗卫星星座并进行分布式自主定轨，结果表明提出的新算法能够有效改善病态性对Kalman滤波的不良影响，且相对于岭型Kalman滤波具有更高的定轨精度。     

北斗卫星系统频间偏差预报模型研究

为研究北斗卫星频间偏差参数(DCB)长期及短期变化特性,在某卫星DCB参数缺失时,对该卫星DCB参数进行短期及长期预报,以预报值代替真实值。本文利用中国测绘科学研究院i GMAS分析中心数据,采用二次多项式拟合法对北斗卫星DCB参数展开研究,通过构建电离层延迟模型求解北斗卫星DCB参数,统计了北斗卫星包括GEO卫星、IGSO卫星、MEO卫星的2016-01~2016-12及2017-02-01~2017-02-28的频间偏差参数解算结果,分析其变化特性,并采用二次多项式拟合法对DCB参数进行长短期预报及精度分析。实验证明,相比GEO、IGSO卫星、MEO卫星的DCB参数较低且波动幅度介于GEO、IGSO卫星之间;二次多项式拟合法可对北斗卫星的频间偏差参数进行预报,对北斗卫星的频间偏差求值及预报具有重要的参考作用。     

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BDS多路径效应特征及其对静态基线解精度的影响

为研究BDS载波相位多路径效应的特征,在强多路径环境下进行连续多天短基线静态数据采集,并计算双差观测值残差序列,分GEO、IGSO、MEO 3类卫星分析BDS多路径重复性,在此基础上研究多路径效应对BDS静态基线解精度的影响。结果表明,BDS多路径误差具有较强的重复性,其中GEO及IGSO卫星的多路径误差重复周期为1 d,MEO卫星的多路径误差重复周期为7 d;GEO卫星的多路径误差具有系统性偏移,但不是一个常数,而是随时间发生缓慢变化,因此长时间的静态观测并不能平滑该误差,从而导致在较强多路径环境下,BDS多路径误差对其静态解的影响可达cm级。     

GEO卫星轨道机动对BDS NPA阶段的RAIM可用性影响分析

统计分析各GEO卫星轨道机动对亚太区域NPA（non-precision approach）阶段的RAIM（receiver autonomous integrity monitoring）可用性影响。结果表明，GEO卫星在07∶00～08∶00和15∶00～16∶00对系统的可用性影响最大，但各卫星影响时段不同；GEO卫星C04卫星14∶00～23∶00和C05卫星00∶00～05∶00的调控时段使得系统可用性低于99.9%，分析原因可知，其主要受两颗卫星的定点位置和MEO卫星的回归周期影响。另外，为了揭示新启用的IGSO C13卫星对BDS系统在服务区域可用性的改善情况，对比分析了新IGSO C13卫星启用前后对BDS系统在亚太区域内可用性影响情况发现，C13卫星的运行使得BDS系统在服务区的可用性平均提高0.05%，达到99.99%。     

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。     

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。     

不同光压模型对北斗IGSO与MEO卫星定轨的适用性分析

为分析不同光压模型在北斗卫星处于不同姿态控制模式下的定轨性能,从轨道内、外符合精度等方面分析ECOM 5参数模型、Box-Wing+ECOM 5参数模型和拓展版ECOM模型对北斗IGSO与MEO卫星定轨的适用性。结果显示,卫星处于非地影期时,BDS-2卫星使用ECOM 5参数模型时内、外符合精度最优,而BDS-3 MEO卫星使用Box-Wing+ECOM 5参数模型与拓展版ECOM模型时的轨道精度要略优于ECOM 5参数模型,3者内符合精度差异小于1 cm;卫星处于地影期时,BDS-2与BDS-3 MEO卫星使用拓展版ECOM模型精度最高,与其他光压模型相比,其轨道切向与法向内符合精度提升约20%~70%;对于BDS-3 IGSO卫星,由于观测数较少,导致其轨道精度要远低于其他北斗卫星,但综合来看,ECOM 5参数模型表现略优。     

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。     

两种北斗卫星精密定轨方法的对比

给出了北斗卫星单系统和多系统融合非差精密定轨方法的基本原理和主要区别,并结合实测数据,对比分析了两种方法的定轨精度。结果表明,在一定观测条件下,两种方法定轨精度基本相当,GEO卫星三维定轨精度能达到1 m左右,IGSO和MEO卫星能达到0.2~0.3 m,3类卫星径向轨道精度优于10 cm。     

一种BDS实时轨道修正参数的计算方法

针对BDS实时高精度位置服务中实时轨道修正参数的计算问题,给出了一种BDS实时轨道修正参数的计算方法,并对实时轨道修正参数的外符合精度及其精度衰减进行分析。结果表明,利用该方法得到的BDS实时轨道修正参数基本可满足实时高精度定位的需求,GEO卫星实时轨道修正参数在3个方向上的平均精度为2.3 m,IGSO卫星和MEO卫星实时轨道修正参数在3个方向上的平均精度优于8 cm。     

星间链路构型对自主导航精度的影响分析

以北斗仿真星座为对象,探讨UHF波段与Ka波段的不同星间链路建链条件下GEO、IGSO及MEO卫星的可见链路数及PDOP值的变化。此外,还针对不同星间链路构型方案,分别采用其对应仿真观测数据进行60 d自主导航解算,通过对解算结果精度的分析,探讨星间链路测距模式及星间链路构型对自主导航的影响。结果显示,星间链路测距模式对自主导航精度无影响,而星间链路构型则对自主导航精度存在cm量级的影响。在星间链路设计过程中应综合考虑导航精度、链路负荷及建设成本等因素,以达到最优效果。     

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。     

北斗三期试验卫星精密定轨及对PPP定位影响的分析

基于北斗三期试验卫星的实测数据确定其精密轨道和钟差,结果表明三期试验卫星IGSO径向重叠弧段精度优于7.0 cm,MEO优于5.3 cm,与二期非GEO卫星相当。采用相应轨道和钟差产品进行静态精密单点定位结果表明,在加入北斗三期试验卫星后,监测站坐标平面精度优于1.0 cm,高程精度优于2.6 cm,相对于仅采用北斗二期卫星定位结果分别提高0.5 cm和1.2 cm,且收敛时间缩短约2 h 35 min。