基于RTCA标准的WAAS和EGNOS广播星历差分完好性服务性能研究

为了提高GPS卫星导航系统服务性能,很多国家和地区建立了独立的星基增强系统(SBAS),通过提供广播星历差分与完好性增强信息,满足高精度高完好性用户使用需求。本文介绍了美国WAAS和欧洲EGNOS等星基增强系统的广播星历差分完好性信息电文编码格式,并对实际星基增强系统的广播星历差分与完好性电文进行解析。由于不同的星基增强系统采用的信息处理模式不同,针对WAAS和EGNOS两个不同地区建立的星基增强系统,对广播星历差分慢变改正／快变改正的变化特征进行了比较分析。研究了星基增强系统广播星历差分完好性信息用户使用算法,基于国际GNSS服务组织(IGS)提供的GPS实测数据,对WAAS系统和EGNOS系统的广播星历差分服务精度和完好性性能进行了对比分析。结果表明,WAAS系统的伪距单点定位精度约为1.2 m, EGNOS系统的伪距单点定位精度约为1.8 m,与GPS基本导航服务相比,伪距单点定位精度可提高约22％和16％。两个星基增强系统利用完好性电文计算的完好性保护限值大致相当,均在16 m以内,能够对定位误差进行包络。      

MSAS系统在中国区域服务性能评估与分析

为了提高GNSS卫星导航系统服务性能,美国、欧洲各国、日本、印度、俄罗斯、韩国、中国已经建立或者即将建立独立的星基增强系统,通过提供广播星历差分与完好性增强信息,满足高精度高完好性用户使用需求。针对日本MSAS系统在中国区域SBAS增强服务性能不稳定的问题,在理解SBAS增强信息内容和处理流程的基础上,对分布在不同位置的日本两个站(GMSD、MIZU)和中国中东部区域3个站(天津、上海、武汉)的数据进行测试,采用GPS单点定位、MSAS增强单点定位和MSAS双频精密单点定位3种模式进行增强效果的评估和分析。结果表明,在中国区域采用MSAS电离层改正参数效果不佳,距离越远,精度改善程度越差。只采用轨道和钟差改正信息,较单点定位可实现10%的精度提升,精密单点定位可实现60%的精度提升,但需数十分钟的收敛时间,本文也给出了多方面的解决方法。     

SBAS星历改正数及UDRE参数生成算法分析

星基增强系统(satellite based augmentation system,SBAS)通过地球同步轨道卫星实时播发导航卫星星历改正数和完好性参数,以提升用户定位精度和完好性。采用最小方差法解算GPS星历改正数,利用卡方统计进行改正数完好性检核,并依据星历改正数方差-协方差信息计算SBAS用户差分距离误差(user differential range error,UDRE)和信息类型28(message type 28, MT28)等完好性参数。利用中国区域27个监测站的实测数据,首先以国际GNSS服务组织的精密轨道和钟差产品为参考解算星历改正数,结果表明,钟差改正精度优于0.1 m,轨道改正精度优于0.4 m;然后解算广播星历改正数,并生成UDRE和MT28参数,广播星历残余误差卡方检验值均小于告警门限,保证了改正数的完好性;最后利用生成的改正数进行SBAS定位解算,得到定位结果的水平精度优于0.7 m,垂直精度优于1.0 m,对比GPS单点定位,所提算法的水平和垂直方向精度分别提升了30%和40%。     

北斗民用双频星基增强电文性能的初步评估

针对北斗星基增强系统(BDSBAS)试验运行阶段播发的星基增强电文连续性及可用性问题,该文结合民用双频星基增强BDSBAS-B2a电文播发现状,分析了 BDSBAS-B2a电文内容及播发策略,并比对分析了不同服务区域有无星基增强电文支持条件下的用户定位精度,初步验证了BDSBAS-B2a电文的有效性.评估结果表明:①BDSBAS-B2a电文类型、信息内容及更新周期均满足国际标准约定,初步具备了与其他星基增强系统(SBAS)在信号和信息层面的兼容与互操作能力;②相较于该文监测实现的BDS双频基本导航定位精度,BDSBAS能够有效将定位服务精度提升近一倍左右.     

多GNSS监测下中国区域电离层格网模型可用性分析

多系统全球卫星导航系统(GNSS)的出现为天基增强系统(SBAS)电离层格网模型的性能提升提供了可能,但多系统GNSS测量对电离层格网模型性能提升是有条件的. 为此,利用中国区域GPS观测模拟分析了多系统GNSS测量对中国区域电离层格网模型可用性的影响. 结果表明:多系统GNSS测量可有效提高电离层格网模型的覆盖范围. 中国南方地区存在低纬赤道电离异常(EIA)现象,严重影响SBAS电离层格网模型实现性能,单纯增加GNSS测量不能有效应对低纬电离异常现象影响. 中国北方地区电离层延迟变化平缓,在多系统GNSS测量情况下可以考虑减少地面监测站数量,仍能保持系统原有性能.      

中方代表赴美参加第27次星基增强系统互操作工作组会议

2014年9月8日至10日,国际星基增强系统（SBAS）互操作工作组（IWG）第27次会议在美国佛罗里达州坦帕市会议中心召开,来自中国、美国、欧盟、日本、印度、加拿大、韩国等国家及组织30余位代表参会。中方来自中国电子科技集团和北京航空航天大学的代表参加了会议。     

BDS不同服务体制下授时模型差异研究

随着北斗卫星导航系统(BDS)的全球组网发射完成,BDS逐步实现了向全球用户提供基本导航（卫星无线电导航业务(RNSS)、向中国及周边区域用户提供区域短报文通信（卫星无线电测定业务(RDSS)、星基增强(SBAS)等服务的“三步走”规划．为研究BDS不同服务体制下的授时差异,本文从时空基准、授时精度检核、设备时延、卫星健康状态等方面,分析了基于已知位置的BDS RDSS单／双向授时、RNSS单／双频授时及SBAS单频授时模型差异,并给出了基于本文授时模型下的BDS不同体制授时精度,以为利用BDS进行授时服务的用户机研制、生产、测试和检验提供参考.      

无人机三维空气质量监测研究

针对现有空气监测缺乏污染垂直分布特征的观测及数据采集覆盖范围有限的问题,该文提出了用无人驾驶飞机搭载微型空气质量检测器监测大气污染的方法,首先分析了传统地面监测站的缺点,并阐述了监测设备的构成;然后从无人驾驶飞机大气污染空间采样方案、污染物数据的准确性及可靠性校正、大气污染时空规律几个方面做了研究;最后选择浙江省临安市青山湖街道、上海奉贤区等地区进行了试验。研究结果能有效补充地面监测站的数据缺失,揭示PM2.5、O3等大气污染物的垂直分布、垂直扩散及区域性输送特征,为空气污染预警和防控对策机制的制定提供重要技术依据。     

中方代表团圆满完成SBAS IWG第28次会议

2015年4月1日至3日,国际星基增强系统互操作工作组(SBAS IWG,Satellite Based Augmentation System Interoperability Working Group)第28次会议在荷兰诺德韦克召开,来自美国、欧盟、俄罗斯、日本等国家及组织40余位代表参加,中方来自中国卫星导航系统管理办公室、北京航空航天大学及专项办国际合作中心的代表参加了会议,通过会前充分的预案准备,会上有效的沟通协调,圆满完成了参会任务。     

区域监测站与低轨卫星数据联合测定MEO卫星轨道

我国北斗二代系统(BDS)地面运控监测站数量较少且为区域分布,短期内难以实现全球建站,因此对全球运行的中圆地球轨道卫星(MEO)难以形成连续多重覆盖观测,导致BDS的MEO实时轨道精度偏低。基于上述问题,本文考虑到低轨卫星星载GNSS数据可以有效弥补区域监测站在空间覆盖及几何结构上的不足,设计了一种将星载GNSS接收机作为高动态天基监测站,联合地面区域监测站数据对卫星导航系统的MEO卫星轨道进行实时解算预报的方法。算例结果显示:7个区域监测站联合1至3个天基监测站,其定轨精度可分别提升约21%、34%和55%,这也表明,地面区域监测站联合天基低轨卫星数据可有效提高MEO卫星的轨道精度。建议我国BDS在区域测站分布阶段可采用联合低轨卫星数据方法提高北斗MEO卫星实时轨道精度。     

结合VIIRS和监测数据插值的北京雾霾监测方法

本文使用2014-03-20至2014-03-26的北京市VIIRS夜间灯光影像数据和地面监测站PM2.5质量浓度数据,通过遥感图像处理和GIS空间分析相结合,对雾霾强度变化及PM2.5质量浓度空间分布进行分析,提出一种监测雾霾的新方法。结果表明,VIIRS夜间灯光影像成像特征与雾霾浓度变化密切相关,结合同时期地面监测站PM2.5监测数据,能定性反映北京市雾霾强度变化及定量反映PM2.5质量浓度的空间分布。该方法不仅弥补了MODIS等数据在夏季的雾霾监测效果优于冬季的不足,同时也填补了传统光学遥感卫星难以在夜间监测雾霾的空白。     

低轨卫星与星间链路增强的北斗卫星联合定轨精度分析

为提升区域地面监测站条件下北斗卫星定轨精度,面向日益丰富的北斗星载数据和即将实现的星间链路技术,提出了联合运用地面监测站数据、低轨卫星星载数据与星间链路数据的北斗卫星精密定轨方法。讨论了低轨卫星星载数据与星间链路数据增强对于导航卫星精密定轨的影响,重点从低轨卫星数量、轨位分布及星间链路等方面进行了仿真分析。结果表明:加入少量低轨卫星与区域监测站联合定轨即可显著提高导航卫星定轨精度约73%,钟差解算精度略有改进但不明显;同等数量且均匀分布的低轨星座,其轨位分布对联合定轨精度影响不大;加入星间链路数据可大幅提升导航卫星定轨精度,且改进效率高于低轨卫星。     

全球导航卫星系统地面监测站优化设计方法

地面监测站数量和分布直接影响全球卫星导航系统的星历精度,其优化布设是提高系统性能的前提,也是系统建设需要重点关注的环节。给出了评价监测站布设性能的综合指标,提出了一种用于监测站覆盖性能评估的模型,并通过对MEO卫星半长轴的长期变化和回归经度漂移的分析,验证了该模型用于评价全球导航系统监测站优化布设的合理性。最后,综合利用覆盖性能指标和精密定轨精度指标对全球监测站不同布局方案进行了分析比较,给出了监测站优化布设方案。     

基于移动GIS和整合SBAS信号的GPS校园绿化调查

探讨了利用GPS整合星基增强系统(SBAS)卫星信号进行绿化调查的过程,并通过应用实验验证该技术的定位精度.在此基础上,基于掌上电脑(PDA)集成移动GIS和GPS,实现了GPS WGS-84坐标转换为城市平面坐标,进行了校园绿化调查,取得了较好的定位精度.     

分区综合改正:服务于北斗分米级星基增强系统的差分改正模型

针对分米级星基增强服务的需求,提出一种满足用户基于相位观测值进行单站定位的分区综合改正模型。该模型利用参考站网的观测数据,实时计算参考站对每颗卫星伪距和相位观测值的综合改正数,并将综合改正数按照分区的方式编排到广播电文并广播给用户使用。本文介绍了模型的原理,并分析了参数播发频度、用户站与分区中心距离等因素对用户定位的影响。建立基于分区综合改正数的星基增强数据处理系统,采用分布于中国不同区域的北斗观测站数据对系统性能进行评估。结果表明,双频用户动态定位平均10 min内收敛至误差小于1 m,平均平面精度能达到15 cm,高程精度达到20 cm。     

星基增强加持CORS数据断点续航测试分析

分别阐述了星基增强系统和连续运行参考站(Continuously Operating Reference Stations,CORS)系统的基本原理与优缺点,研究了星基增强加持CORS数据断点续航的原理,通过实验验证断点续航数据的可靠性,为通信网络不稳定的区域进行精准卫星定位提供了技术支撑,可极大提高数据采集效率和社会化应用深度.     

全球范围IGS监测站GPS观测数据质量分析

全球卫星导航系统（GNSS）的持续完善及其在多领域内的大量应用,拓展了国际GNSS服务组织（IGS）连续监测站的服务领域,从而提升了对其观测数据的质量要求,因此有必要对大范围内IGS站点卫星观测数据质量进行分析．结合目前各GNSS的全球覆盖程度以及发展成熟度,本文以GPS为对象,对全球范围IGS站点该系统的原始观测数据质量进行评价,包括数据所受多径影响、数据观测完整程度以及数据中跳变比例三方面,得出了关于IGS站点GPS数据质量的分析结果，该结果可为地学研究及工程应用过程中站点的选取作参考．      

北斗三号基本系统空间信号性能分析

北斗三号基本系统于2018-12-27正式开通运行。本文采用北斗三号实测数据对基本系统星座覆盖性、广播轨道以及广播钟差、SISRE等重点空间信号性能指标进行了评估。指出北斗三号采用了星间链路测量体制,有效弥补了地面监测站布设范围受限的不足。空间信号精度显著优于北斗二号,甚至优于GPS系统。北斗三号基本系统将有效提升"一带一路"地区乃至全球的服务性能。     

基于省级区域地基增强系统的北斗三号系统卫星数据评估分析

导航卫星观测数据质量是影响地面增强系统定位精度的直接因素，北斗地基增强系统经过北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)适配性改造后能够获取的卫星观测值数量相较北斗二号卫星导航系统(BDS-2)适配改造提升了30%～50%，对这些观测数据的质量评估和分析尤为重要.本文利用数据完整率、多路径误差等基准站观测值质量评估方法，使用零基线测试和精密单点定位(PPP)测试两种方法，提出一种综合区域地基增强系统的BDS-3数据分析方法.对研究区域进行实证试验，结果表明：BDS-3卫星在亚太地区的数据质量已经与GPS相当；由于BDS-3卫星空间分布结构更优，地面测站可以获得的高仰角(高度角>50°)可用观测值较单GPS提升了200%以上.     

矿区地表形变InSAR监测——以永城市为例

针对矿区地表形变同时存在地面塌陷及地面沉降的情况,结合InSAR监测本身的特点,本文以永城市为例,选用2014年10月至2015年4月7景Radarsat-2 SAR图像,提出利用D-InSAR联合SBAS技术开展矿区地表形变监测,即利用D-InSAR监测矿区地面塌陷状况,SBAS监测矿区地面沉降状况。通过实地调查并结合永城市矿业开采、地质构造、地下水以及城市建设等资料认为,矿业活动不仅给开采面附近造成严重的地面塌陷,还造成了区域性的地面沉降现象。监测结果表明:联合利用D-InSAR和SBAS两种技术适合在矿区开展地表形变监测。