BDS/GPS组合单历元相对定位性能分析

阐述了BDS/GPS组合单历元解算数学模型的相关理论,并进行了相应的公式推导;通过BDS、GPS单系统以及组合系统从不同基线长度、不同截止高度角等方面分析动态解算性能。实验结果表明:(1)在江苏地区,BDS系统可提供单历元至少8颗卫星,从可见卫星数量和可观测时长角度来看,BDS对BDS/GPS导航定位具有重要的贡献;(2)组合BDS/GPS系统单频RTK相比GPS RTK在截止高度角较高的情况下仍可以单历元固定模糊度,且模糊度的固定率和成功率超过90%;(3)对于6km以下的短基线,组合系统定位精度优于单系统,其在平面方向优于1cm,高程方向优于3cm。     

BDS-3单频短基线相对定位性能初步评估

采集了一组10 km短基线,初步评估了BDS-3 B1C、B1I、B2A、B3I单频短基线相对定位性能,并与GPS系统L1频率、Galileo系统E1频率做对比。实验结果表明,建设完成后的BDS卫星可见数与空间几何构成较优,4个频率短基线相对定位精度都可以达到厘米级,模糊度固定率都接近100%左右,无论定位精度还是模糊度固定率都优于L1频率和E1频率,可为今后BDS-3相对定位研究提供一定的参考。     

BDS／GPS 组合 RTK 定位性能分析

针对单系统RTK存在可见卫星数少等问题,文中研究BDS/GPS站间单差的RTK算法模型,该模型采用二次型函数部分最小化及LAMBDA方法联合搜索模糊度。利用该模型分析BDS/GPS组合RTK的定位性能,通过短基线实测数据分析表明:站间单差RTK模型与双差模型是等价的;BDS/GPS组合系统相比于单一系统,明显提高定位的稳健性和精度,改善模糊度固定的成功率。     

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-3多频RTK在不同高度角下定位性能分析

设计了7种不同高度角BDS-3短基线RTK解算实验,参与解算频率包括单频（B1C、B2a、B1I、B3I）、双频组合（B1C/B2a、B1C/B3I、B1I/B2a、B1I/B3I）以及三频组合（B1C/B2a/B3I、B1I/B2a/B3I）。实验结果表明,BDS-3卫星可见数随高度角的增加而降低,PDOP值随高度角的增加而增加;在单频RTK性能方面,B1I和B3I定位性能稳定,受高度角影响较小,但在低高度角（10°～20°）的情况下,B1C和B2a定位性能更优;在双频RTK性能方面,B1I/B3I组合短基线RTK定位性能稳定,即使在极端高度角（40°）时,水平定位精度优于2 cm,高程定位精度优于4 cm;在三频RTK性能方面,B1I/B2a/B3I组合短基线RTK定位性能稳定,即使在极端高度角（40°）时,水平定位精度优于2 cm,高程定位精度优于4 cm。     

基于部分固定策略的多系统长距离基准站间模糊度快速解算

基准站间整周模糊度的快速准确固定是实现网络RTK高精度快速定位的前提。对于GPS/GLONASS/BDS组合系统长基线,模糊度维数大幅度增加,加之观测噪声、大气残余误差等因素的影响,很难快速准确地固定所有模糊度,尤其是低高度角卫星模糊度。提出了一种基于部分固定策略的GPS/GLONASS/BDS组合网络长基线部分模糊度快速解算方法,以截止高度角、模糊度固定成功率以及Ratio值为主要参数,优选模糊度固定子集,以实现长距离基准站间模糊度快速固定。通过实测GPS/GLONASS/BDS三系统长基线数据的实验验证,部分模糊度固定方法可有效避免低高度角卫星对模糊度固定的影响,从而显著提高模糊度固定时的成功率及Ratio值,缩短长距离基准站间模糊度准确固定所需的时间。     

GPS/BDS的RTK定位算法研究

针对附加模糊度参数的Kalman滤波函数模型和随机模型,提出了一种确定实时动态(real-time kinematic,RTK)定位中Kalman滤波参数的方法。利用该算法,采用自编的GPS/BDS RTK定位程序处理了实测的GPS/BDS短基线数据,对比和分析了GPS、BDS、GPS/BDS三种RTK定位组合模式下的定位精度水平。在短基线的情况下,GPS/BDS的RTK定位精度相对于GPS或者BDS没有明显提高,但是得到固定解所需的时间明显减少。     

BDS/GPS/GLONASS RTK定位算法研究

实现了BDS/GPS/GLONASS三系统组合RTK定位算法,介绍了BDS/GPS/GLONASS三系统组合RTK数学模型,解决了多模融合导航定位时空基准统一问题,并针对附加模糊度参数的卡尔曼滤波函数模型,提出了一种确定实时动态定位中卡尔曼滤波参数的方法。编制了BDS/GPS/GLONASS RTK定位程序,并对28 m超短基线及31 km短基线实测数据进行了解算。对比分析了BDS、GPS、GLONASS、BDS/GPS、BDS/GLONASS、GPS/GLONASS、BDS/GPS/GLONASS七种模式下的定位结果。     

北斗三号双频长基线单历元解算性能评估

为详细评估北斗三号（BDS-3）长基线定位性能,以MGEX跟踪站组成的3条长基线为基础,进行BDS-3双频、BDS-3与Galileo兼容频率双频组合长基线解算实验。实验结果表明,123 km和209 km长基线水平定位精度均优于3 cm,高程精度均优于5 cm,模糊度固定率均在96%以上,模糊度固定初始时间均在40 min以内;248 km长基线整体水平定位精度优于5 cm,高程精度优于8 cm,模糊度固定率在93%以上,模糊度固定初始时间在60 min以内;BDS-3与Galileo兼容频率双频组合定位性能比BDS-3单独定位有所提升,水平定位精度优于2 cm,高程精度优于4 cm,模糊度固定率在99%以上,模糊度固定初始时间在7 min以内。     

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。     

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。     

GPS/BDS组合定位对短基线模糊度搜索空间的影响

整周模糊度固定是GNSS高精度动态定位的关键问题,为研究GPS/BDS(北斗卫星导航系统)组合定位对短基线模糊度搜索效率和固定成功率的提高效果,利用基于模糊度方差-协方差阵特征值平方根的模糊度搜索空间对比方法分别对短基线条件下GPS单系统、BDS单系统和GPS/BDS组合系统下的模糊度搜索空间进行对比分析。实验数据表明:GPS/BDS组合定位对各单系统的方差-协方差阵均有影响,从整体上可以缩小GPS和BDS单系统的模糊度搜索空间。最后对模糊度固定成功率进行了统计,结果表明,在单、双频条件下组合系统均可显著提高模糊度固定成功率和搜索效率。     

基于北斗三频约束的中长基线解算研究

利用北斗三频模糊度易固定的特点,提出一种具有北斗三频约束的BDS/GPS基础模糊度快速解算方法。针对中长基线,利用多历元平滑无电离层组合模糊度,从无电离层组合模糊度中分离出北斗基础模糊度;然后将北斗基础模糊度带入基线解算模型中,约束求解出GPS基础模糊度,最后将GPS与BDS基础模糊度回带观测方程,可实现基线的快速解算。经北斗实测数据验证表明,文中方法可快速固定GPS基础模糊度,较传统卡尔曼滤波求解模糊度方法,大大减少正确固定模糊度所需的原始观测历元数,实现基线的快速解算。     

单差模糊度的BDS/GLONASS多频RTK算法

针对GLONASS的双差模糊度失去整周特性以及附加模糊度参数的卡尔曼滤波模型,该文提出了一种基于站间单差模糊度分别求解的方法和一种能够在实时动态定位中获得卡尔曼滤波参数的方法,从而实现了BDS/GLONASS双系统联合实时动态差分(RTK)定位。对在石家庄采集的BDS三频与GLONASS双频短基线数据进行了解算,并对比分析了其他定位模式的结果。实验表明,该方法能够正确固定GLONASS模糊度,其单频和双频的模糊度固定率分别为91.2%、99.6%。GLONASS的定位精度与BDS相当。BDS/GLONASS组合定位精度和稳定性相较于单系统也有所改善,其中BDS三频+GLONASS双频的定位精度最高,总体精度为2.22 cm。频率增加缩短了初始化时间,为实现单历元获得固定解提供了可能性。     

卡尔曼滤波方法的BDS/GLONASSRTK定位算法

针对单系统RTK定位精度以及稳定性不足的问题,该文提出了BDS、GLONASS双系统联合RTK定位方法,通过对双系统进行时空基准统一,基于附加模糊度参数的卡尔曼滤波函数模型双系统RTK定位算法的研究,开发了BDS/GLONASS双系统RTK定位程序,对超短基线、短基线实测数据进行计算,并且与GPS系统结果进行比对。实验结果表明,BDS、GLONASS、BDS/GLONASS这3种模式定位精度虽稍逊于GPS,但也能够达到厘米级精度,从而提供高精度的定位服务。     

基于BDS+GPS中长基线多频RTK定位的快速收敛模型

随着全球卫星导航系统(GNSS)进入多系统时代,天空中导航卫星的可见数不断增加,而我国北斗卫星导航系统(BDS)也已开始面向用户提供三频导航信号,这都有利于改善RTK定位的精度和可靠性。本文提出了一种BDS+GPS中长基线多频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,然后用其辅助提高GPS宽巷模糊度固定成功率,最后采用将电离层延迟误差和对流层延迟误差参数化的策略以加快窄巷模糊度浮点解的收敛速度,缩短模糊度首次固定的时间。结合实测数据进行的验证分析结果表明,利用本文算法对模糊度进行解算是可行的。     

BDS/Galileo对多系统精密单点定位贡献分析

使用10个MGEX测站的数据对4种解算模式GPS、GPS/BDS、GPS/Galileo及GPS/BDS/Galileo在定位可用性、定位精度和定位稳定性及收敛时间3个方面的PPP性能进行了对比分析。实验结果表明:GPS/BDS和GPS/Galileo双系统组合PPP在各方面的性能相当。相比GPS单系统PPP,双系统PPP能增加可用卫星数,改善卫星空间几何构型,定位精度提升20%～35%,定位稳定性提高25%～40%,收敛时间缩短35%～45%。BDS在较高截止高度角下的可用性、天向定位精度、水平方向定位稳定性、天向收敛速度方面的贡献略优于Galileo。GPS/BDS/Galileo三系统组合的PPP性能进一步提升。     

BDS-3多频伪距定位性能分析

北斗卫星导航系统（BeiDou navigation system, BDS）正式开通全球服务,为详细评估BDS-3全球定位性能,以全球16个MGEX跟踪站多天实测数据为基础,采用Net＿Diff软件进行了全球范围内BDS-3单频、双频无电离层组合与双频非组合模型下双频、三频非组合模型和三频无电离层两两组合模型三频伪距单点定位解算试验,并与GPS、Galileo部分频率进行对比。结果表明,在亚欧非地区,BDS-3卫星数与空间几何构型优于GPS和Galileo。BDS-3单频中,B1C、B1I、B2a、B3I的水平与高程定位精度均在米级,与GPS和Galileo对比的定位精度关系为B1C>B1I>L1>B3I> B2a>E1>L2>E5a;BDS-3双频组合中,B2aB3I定位精度较差,不适合进行定位,B1CB2a、B1CB3I、B1IB2a、B1IB3I定位精度较优,与GPS和Galileo对比的定位精度关系为B1CB2a>B1CB3I>L1L2>B1IB3I>B1IB2a>E1E5a>B2aB3I;BDS-...     

GPS/Galileo/BDS-3试验星短基线紧组合相对定位性能初步评估

北斗全球卫星导航系统(简称北斗三号系统,BDS-3)的试验星播发了与GPS L1/L5、欧洲的伽利略(Galileo)系统E1/E5a/E5b频率重叠的新体制信号B1C/B2a/B2b,这为GPS/Galileo/BDS-3试验星重叠频率的紧组合相对定位提供了条件。首先评估了GPS/Galileo/BDS-3试验星重叠频率差分系统间偏差(differential inter-system bias,DISB)的大小与时域稳定性,结果表明,相同类型接收机的DISB接近于0,在紧组合相对定位中可以忽略其影响。然后初步评估了GPS/Galileo/BDS-3试验星短基线单历元紧组合相对定位性能,结果表明,相较于传统的松组合模型,紧组合模型能够显著提高模糊度固定的成功率与可靠性。尤其是在单系统可观测卫星数较少、仅单频观测值可用的情形下,模糊度固定成功率可提高约25%～45%。     

BDS／GPS中长基线宽巷准厘米级RTK算法

针对常规实时动态（RTK）定位技术中长基线初始化时间较长、定位结果不稳定的问题，提出了一种基于部分模糊度固定策略的BDS/GPS宽巷卡尔曼滤波RTK定位方法，从充分发挥宽巷观测值波长较长和宽巷模糊度易于固定的优势，避免低高度角卫星对模糊度解算的影响，从而提高中长基线情况下的模糊度固定率. 同时采用附加宽巷模糊度参数的卡尔曼滤波方法计算浮点解，以固定高于设置模糊度解算截止高度角的卫星进行定位，并解算电离层活动较剧烈的25~76 km的中长基线. 通过3组试验，结果表明，BDS/GPS双系统联合定位宽巷模糊度固定率均接近100%，76 km基线模糊度固定率达到99.9%，定位精度达到厘米级或准厘米级.