BDS三频长基线RTK定位性能分析

实时动态定位(real-timekinematic, RTK)技术作为不可替代的精密定位技术之一,在很多领域发挥着重要作用。BDS多频信号的播发将提供多种三频RTK组合定位方式,因此本文进行了多种BDS三频组合长基线RTK解算实验,并与GPS和Galileo系统三频组合进行对比。实验结果表明,BDS卫星可用性优于另外2种系统。BDS B1I/B2b/B3I三频组合长基线RTK定位性能最优,优于GPS和Galileo,模糊度固定率在90%以上,模糊度固定初始时间在60 min以内,定位精度可以达到厘米级;其余3种BDS-3三频组合长基线RTK定位性能低于GPS和Galileo,或者与其相当。     

BDS/GPS单历元多频定向算法性能对比

针对多频多系统定向的不同需求,该文采用了BDS/GPS单历元双差非组合定向算法以及附有基线长约束的最小二乘降相关平差模糊度固定方法。4组实测数据的处理结果表明,单频GPS、单频BDS的模糊度平均固定成功率分别为55.9%、84.3%;单频双系统、多频(双频三频)单系统及多频(双频或三频)双系统定向时,其模糊度固定成功率均可达98%以上;在模糊度固定正确的情况下,BDS/GPS组合定向的精度最高,且与单GPS较为相近,但两者都略高于单BDS,频率差异所带来的精度差异并不明显。     

BDS+GPS双系统多频RTK算法研究

目前北斗卫星导航系统（BDS）已建成区域导航星座,并具备了覆盖亚太地区的导航定位服务能力。作为全球第一个全星座播发三频卫星导航信号的卫星系统,北斗三频RTK定位性能进入实测验证阶段,而且BDS+GPS双系统多频RTK定位算法也待进行算法验证。本文基于非组合RTK定位模型,采用Kalman滤波算法,并根据在成都实测的BDS三频与GPS双频数据,对各种定位模式下的定位性能进行分析和比较。结果表明,该算法可以兼容不同解算系统和不同频率组合的要求,可以实现多频多系统RTK定位。双系统联合定位精度要高于各个单系统定位。在卫星几何构型较好的情况下,三频定位精度相对于双频短距离RTK定位精度的改善有限,其中BDS单频与GPS单频精度最高。在卫星几何构型较差的情况下,频率的增加可以提高RTK作业的可能性。     

GPS/BDS/GLONASS双频RTK定位算法研究

针对GLONASS采用频分多址技术导致双差观测方程中双差模糊度失去整周特性的问题，提出了一种基于站间单差模糊度分别求解的方法，并结合附加模糊度参数的卡尔曼滤波模型，实现了GPS/BDS/GLONASS组合RTK定位。通过自编RTK程序对GPS、BDS与GLONASS双频实测短基线数据进行测试，并对比分析其他RTK模式下的稳定性与定位精度。结果表明，GLONASS单频和双频定位的模糊度固定率分别为99.8%、99.7%，其定位精度与BDS、GPS相差不大。在单频或双频RTK定位中，双系统、三系统组合定位的稳定性和定位精度明显高于单系统，其中三系统组合定位的稳定性最好，精度最高。随着频率增加，初始化时间明显减少，为实现单历元获得固定解提供了可能性。     

一种基于多频模糊度快速解算方法的BDS/GPS中长基线RTK定位模型

随着全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）进入多系统时代,空中导航卫星的可见卫星数不断增加,中国北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）已开始面向用户提供三频导航信号,这都有利于改善单历元实时动态定位（real-time kinematic,RTK）的精度和可靠性。中长基线单历元RTK通常采用电离层无关组合算法,但是该方法将观测噪声进行了放大,模糊度固定成功率随着基线长度的增加而明显降低。提出一种BDS/GPS（global positioning system）中长基线单历元多频RTK定位算法,先以较高成功率快速固定BDS的两个超宽巷模糊度,继而通过简单变换得到BDS宽巷模糊度,然后将其辅助提高GPS宽巷模糊度固定成功率,最后采用将电离层延迟误差参数化的策略以提高BDS/GPS窄巷模糊度固定成功率。结合实测数据进行验证分析,结果表明本文算法是可行的。     

BDS系统三频基线定位算法

BDS系统播发三频观测数据,这一特性对于改进基线定位具有重要意义。本文针对精密定位应用中的基线相对定位问题给出了一种基于BDS三频观测数据的定位算法,利用MGEX网澳大利亚境内测站的实测数据分别对一条短基线和一条中长基线以三频算法进行了解算,同时采用传统双频算法对相同数据进行解算作为参照,结果显示:基于三频的BDS基线定位算法较传统双频算法能同时提高模糊度固定成功率与定位精度,而且这种提升的效果对于中长基线更为显著。     

Galileo双频/三频SPP定位精度分析

针对Galileo系统双频与三频组合三频单点定位（SPP）精度分析问题，本文基于MGEX跟踪站Galileo多频实测数据，分析了Galileo系统双频与三频组合SPP定位精度.发现Galileo系统E1/E5a和E1/E5b双频组合SPP定位精度较高，而E5a/E5b和E1/E6双频组合SPP定位精度过差，不适合进行定位，三频SPP定位精度较双频组合有明显提升，X和Y方向定位精度优于0.8 m，Z方向精度优于2.3 m，可为今后Galileo系统多频组合定位研究提供一定参考.      

基于北斗三频的BDS/GPS宽巷模糊度逐级单历元固定方法

利用北斗三频超宽巷模糊度波长较长易于固定的优势,提出一种基于北斗三频的BDS/GPS宽巷模糊度逐级单历元固定方法。首先利用载波和伪距组合固定BDS(0,-1,1)和(1,4,-5)两个超宽巷模糊度,根据固定后的超宽巷模糊度变换得到BDS宽巷模糊度(1,-1,0),然后将BDS宽巷模糊度作为约束条件与GPS宽巷观测方程联立得到GPS宽巷模糊度浮点解和其方差协方差阵,最后采用LAMBDA算法实现GPS宽巷模糊度的固定。实验结果表明,BDS超宽巷组合可实现100%固定,采用BDS约束GPS宽巷模糊度固定时ratio值均大于2,大于5的占97.8%以上,因此文中提出的方法可实现BDS/GPS双系统宽巷模糊度单历元固定,有效提升GNSS模糊度解算的时效性。     

一种基于BDS三频观测量的精密单点定位算法

针对传统双频BDS精密单点定位收敛速度及定位精度如何进一步提高的问题,该文提出了一种基于两组消电离层组合的BDS新三频精密单点定位(PPP)定位算法,并且对由于引入第3个频段观测量所导致的函数和随机模型与传统双频PPP模型存在的差异进行了公式推导。最后利用实测数据以动态和静态模式对新三频PPP模型进行了测试,以传统双频PPP解算结果为参照,对新三频PPP模型的收敛速度及定位精度进行了评估分析。基于实测数据的测试结果表明,新三频算法有利于提升定位解算的精度并有效缩短初始收敛过程,而且这一改善效果在动态模式下较静态模式更为显著。     

不同高度截止角下BDS/GPS定位分析

研究了BDS/GPS联合RTK定位的理论和算法,主要包含了BDS/GPS组合系统在不同高度截止角下的可视卫星数与PDOP值的比较;BDS与GPS观测量精度的初步评估;双频联合RTK定位的模糊度解算和定位性能的分析等。得出如下结论:BDS/GPS组合系统的可视卫星数相对单系统明显增多,PDOP值减小,在大高度截止角下,其空间几何强度依然很高;随着高度截止角的增大,BDS与GPS受多路径影响明显减弱,其中GEO卫星受多路径影响最大;BDS观测量精度与GPS相当。BDS/GPS双频联合定位的定位精度相对于GPS或BDS虽没有明显提高,但在大高度截止角下,依然可以成功固定模糊度并实现高精度定位。这将显著改善GPS或BDS单系统双频RTK定位在受遮挡环境下的可用性和可靠性。     

GPS／BDS／GALILEO多系统融合伪距单点定位性能分析

针对在不同截止卫星高度角的情况下,GPS、BDS、GPS／BDS、GPS／GALILEO、BDS／GALILEO 、GPS／BDS／GALILEO间伪距单点定位精度的差异,本文对多系统融合伪距单点定位的数学模型和误差项处理方法进行了研究,以香港CORS站HKMW站点全天的数据为实验数据,在截止卫星高度角10°、15°、20°、30°、40°的情况下,进行了GPS、BDS、GPS／BDS、GPS／GALILEO、BDS／GALILEO、GPS／BDS／GALILEO伪距单点定位解算。结果表明,GPS／BDS／GALILEO组合系统在X、Y、Z各方向的定位精度都优于单系统,定位结果更加稳定,尤其在截止高度角达到30°、40°时,单系统的定位精度急剧下降,历元可用率降低,而GPS／BDS／GALILEO组合系统仍能满足定位的要求。      

BDS／Galileo系统观测数据质量分析

卫星导航系统观测数据质量的好坏直接影响到该系统全球化应用进程．本文重点分析评估了BDS／Galileo系统观测数据的质量,选用21个分布在全球各地MGEX观测站2019年年积日66-76日的观测数据,主要从数据可用率、数据完整率、多路径效应等方面对BDS／Galileo系统观测数据进行了质量评估,同时与GPS系统观测数据质量进行对比分析．实验结果表明:BDS／Galileo系统已具备全球定位能力,Galileo系统数据质量稍优于BDS／GPS,BDS和GPS基本上处于同一水平.      

桥面复杂环境下BDS／GPS数据质量监测与分析

分别阐述了BDS／GPS多路径效应的产生机理以及相应的消除和削弱措施,利用统计分析方法对桥梁变形监测过程中复杂环境下监测点的BDS／GPS的多路径效应进行对比分析,以及分析BDS、GPS多路径误差与桥梁桥塔、缆索、车流量等影响因素的关系。实测数据结果表明,GPS的多路径效应值相比于BDS的GEO卫星较大,与IGSO卫星基本相同,优于MEO卫星;多路径误差与卫星高度角呈负相关关系;桥梁桥塔、缆索、车流量是影响多路径效应的重要因素。      

GPS／BDS／GLONASS组合伪距单点定位性能测试与分析

本文以高山峡谷地区以及城市建筑群区域GNSS卫星受山体及建筑物遮挡的实际问题为出发点,通过选取不同的卫星方位角模拟不同遮挡环境,研究GPS／BDS、GPS／GLONAS和GPS／BDS／GLONASS组合系统伪距单点定位模型对于单GPS、单BDS系统在不同遮挡环境下的定位精度和三维导航可用性等方面的改善情况。结果表明,组合系统相对于单系统,增加了可见卫星数,降低了PDOP值,当观测条件不佳时,可以很好地改善定位精度和提高三维导航可用性。      

GPS/BDS ARAIM算法性能测试

针对高级接收机自主完好性监视(ARAIM)算法的适航性,基于实测数据,对GPS／BDS ARAIM算法故障检测与排除的性能和可用性预测的性能进行了测试. 结果表明:GPS／BDS组合系统下ARAIM算法故障检测与排除的性能良好,对大于100 m的阶跃型故障,正确检测与排除的效率达到99.9％;GPS／BDS组合系统下ARAIM的单点可用性良好,完全满足LPV-200的完好性性能要求,中国范围内的可用性覆盖率达到99％,世界范围内的可用性覆盖率达到90％以上. 由此可知,GPS/BDS ARAIM算法性能良好.      

基于GPS／北斗网络RTK算法实现与结果分析

随着GPS现代化的发展以及中国北斗二代的实施,GPS／BDS组合导航系统在各个行业领域和亚太地区各个国家得到日益广泛的应用,国际海运事业无线电技术委员会（RTCM）增加了北斗卫星导航系统（BDS）星历电文并支持BDS载波相位差分应用使得北斗的地基增强系统在各行业中的应用更加重要。本文介绍相对定位基本模型,单基站实时运态（RTK）与多基站RTK基本原理以及虚拟参考站（VRS）定位方法,通过采集GPS／BDS观测值,分析单基站RTK与多基站定位结果。结果表明,若流动站与基准站距离较短,多基站与单基站定位精度均能得到厘米级定位结果;在流动站与基准站距离较长时,GPS／BDS双频多基站RTK的定位精度能达到厘米级定位结果,可用性强。      

GAMIT10.71解算GNSS长基线精度分析

GAMIT／GLOBK已于2020年3月9日发布10.71最新版本,主要新增了北斗三号（BDS-3）数据处理和太阳光压模型等方面的内容．本文利用GAMIT10.71软件,结合旧版本(GAMIT10.7_2019／09／14),对全球35个MGEX(Multi-GNSS Experiment)跟踪站2020年第51-60天共10天的全球卫星导航系统（GNSS）数据进行处理,并从标准化均方根误差(NRMS)、基线重复率、基线长度标准差、基线解算精度及点位精度等四个方面对GPS和北斗卫星导航系统（BDS）解算结果进行对比分析．实验结果表明:各解算方案NRMS值都能达到0.22以内的精度;GPS基线重复率略优于BDS,新旧版本对长基线的相对基线重复率和绝对基线重复率精度都分别能达到1×10-9和1×10-2;新版基线长度解算精度与多日解平差结果略优于旧版,多日解平差结果GPS精度略优于BDS;总体来说,新版GAMIT软件表现效果较好,但针对单BDS系统解算精度而言,还有许多问题值得探讨．      

合理权比对GPS／BDS伪距单点定位结果的影响分析

GPS／BDS组合定位综合利用两系统观测值进行定位解算,但GPS系统与北斗系统间存在着系统差异,为了保证组合定位时两系统间数据合理分配,需确定解算时两系统观测值间合理的权比。本文通过对几组不同先验权比时伪距单点定位结果比较选出的最佳权比与利用Helmert 方差分量估计方法求得的两个系统伪距单定位权比进行分析,结果表明, GPS／BDS组合定位时的合理的先验权比为1∶1,但在某些时间段内,其中一个系统的卫星数减少或数据质量不佳等情况时,这会导致该系统观测值在组合定位中的贡献率大大降低,此时就需要分段确定合理权比。      

惯性辅助强多径环境中的北斗三频周跳探测与修复

针对北斗三频信号,引入了惯性信息辅助周跳探测与修复,建立了北斗/INS松组合模型,提高了多径误差严重影响下的BDS周跳探测成功率和修复率。在常规伪距-相位组合与几何无关组合探测三频周跳的基础上,提出了INS定位辅助的北斗三频组合法,构建了INS辅助的周跳决策量,分析了INS定位误差对周跳探测的影响。该方法克服了周跳探测受伪距观测值精度影响的不足,实现了北斗系统多径环境中的小周跳探测。试验采用船载INS/BDS三频组合系统进行数据实测分析,结果表明,在水面强多径噪声环境导致传统三频探测模型失效的情况下,该方法显著提高了探测成功率与修复率,并适用于低频北斗观测数据。     

北斗三频伪距相关随机模型单站建模方法

为了提供可靠的伪距随机模型,基于3个线性无关的北斗三频伪距/载波无几何无电离层(GIF)组合,研究了一种利用单站数据估计北斗三频伪距相关随机模型算法。该算法首先利用低阶多项式对GIF组合进行拟合,以尽可能消除非伪距噪声以外的其他常数和误差,然后利用多元线性回归分析实现对3个线性无关的GIF组合随机噪声同时建模,最后再由线性组合关系变换得到原始北斗三频伪距相关随机模型。经北斗三频实测数据验证结果表明,该算法可实现北斗非差三频伪距相关随机模型的单站解算,有利于为导航定位以及完好性监测提供精准随机模型。