北斗天线电气相位中心偏差检验试验研究

为满足北斗双星定位系统精密定位、定向的工程需要,提出一种北斗天线电气相位中心常值偏差3维检验方法,并建立了相应的数学模型.该方法通过基线旋转、单天线旋转、交换天线,利用载波相位单差、基线长度、天线高差测量信息来估计天线电气相位中心偏差,并且在单天线旋转条件下对不同方向、不同天线间单差观测方程求差,以减少未知参数个数.最后,应用此模型检验一对北斗天线,检验结果表明,在单差均方差为0.005周,基线长度、天线间高差均方差为1 mm的条件下,天线间电气相位中心偏差水平分量的检验精度达0.3 mm.论文所述方法操作简单,适合在野外对北斗天线进行电气相位中心偏差检验.     

BDS精密单点定位残差分析

对北斗精密单点定位的观测残差进行了系统全面的分析;通过对一站多天、多站一天解的观测残差、天线相位中心偏差对观测残差的影响以及观测残差历元间的关系进行实验分析。结果表明,北斗GEO卫星的伪距和相位的无电离层组合观测残差存在着系统偏差,这一系统偏差与测站的观测环境无关;伪距的无电离层组合观测残差的系统偏差具有常数特性;相位的无电离层组合观测残差的系统偏差与天线相位中心偏差有关。     

热膨胀效应对GNSS基准站垂向位移非线性变化的影响

天线观测墩及基岩的热膨胀效应会造成GNSS基准站坐标时间序列高程方向的非线性变化。本文提出了一种计算热膨胀效应导致的基准站垂向位移的改进方法:首先利用基岩热膨胀模型和基准站地表温度数据,分别计算热膨胀效应对基准站天线观测墩和基岩的影响量;其次,利用最小二乘拟合方法,同时估计模型中周期项的周期、振幅、相位等信息,而已有方法仅估计振幅与相位信息;最后,基于改进的模型,分析了基准站垂向位移的周期性特征变化。本文利用该方法分析了有代表性的9个IGS基准站的数据。结果表明:基岩热膨胀和天线观测墩热效应能造成测站垂直方向位移变化;在分析的基准站中,最大影响分别可达0.57mm和1.85mm;热膨胀效应造成的GNSS基准站垂直方向位移时间序列具有周年和半周年周期特性,分别可以解释测站U方向坐标时间序列季节性变化的11.2%和3.3%,影响大小随测站纬度的增加而增加,且半周年影响明显小于周年影响;同时,部分测站发现了其他小周期的影响(约51d)。此外,基于该方法,选取了全球107个IGS站,计算了热膨胀造成的各测站垂向位移周年振幅及其相位,结果显示周年振幅最大可达3.3mm,其大小和测站纬度具有比较明显的相关性。     

相位绕转误差对实时动态PPP数据预处理的影响分析

分析了相位绕转误差对Melbourne-Wubbena（MW）和Geometry-Free（GF）组合观测值的影响。结果表明,相位绕转误差对MW组合观测值没有影响,但会影响GF组合观测值,可能会导致GF组合周跳探测发生误判。因此提出在实时动态PPP数据预处理时,采用星间单差GF组合来辅助非差GF组合探测周跳。实验结果表明,该方法可以消除相位绕转误差对周跳探测的影响。     

长距离网络RTK基准站间整周模糊度的快速解算

由于电离层延迟、对流层延迟等系统误差具有随测站间距离增加而相关性降低的特性,长距离情况下准确快速得到载波相位整周模糊度十分困难.因此文章提出了一种长距离网络RTK基准站间双差整周模糊度的快速解算方法,该方法利用M-W组合观测值进行双差宽巷整周模糊度的计算,结合无电离层组合观测值进行基准站间双差载波相位整周模糊度的确定,且不需线性化、不需解求方程组,各双差整周模糊度之间相互独立.最后通过实测数据进行算法验证,证明了该方法能够快速、可靠地解算长距离基准站间的双差整周模糊度.     

北斗GEO卫星载波相位单差观测值的周期性分析

高精度的卫星定位测量中,由于卫星在测站上空的重复周期性运动,周期性误差是影响测量精度的重要误差源。恒星日滤波利用周期性误差的特点,提取前一天的周期性误差来改正后一天的定位结果,可滤波处理诸如多路径误差。本文从北斗GEO卫星载波相位观测值站间单差的角度来探讨其周期性特点,通过前后两天站间相位单差观测值进行对比,采用相关性分析方法,验证北斗GEO卫星载波相位单差观测值的周期性特征。     

GPS基线向量解算相关性研究

通过GPS载波相位测量中i个测站同步观测s颗卫星m个观测历元所在弧段内双差观测值来进行基线向量解算,分别按单基线向量解算和多基线向量解算求得协方差矩阵,并比较两种方案的优缺点。     

GNSS-R潮位监测抗差估计EI北大核心CSCD

针对GNSS-R反演潮位过程中,由测站天线相位中心与潮位基准面高度的不确定性造成的误差,本文提出了基于抗差估计的优化方法。通过确定观测值的最优权重,削弱水面高度粗差反演值,求解高精度测站高度,进而提高GNSS-R反演潮位的精度。基于HNLC、SC02、TDAM、TPW2这4个IGS GNSS连续运行跟踪站的数据,进行潮位反演试验,结果表明,与传统反演方法相比,本文方法计算所得测站高度分别提升了1.01、1.31、16.2、1.22 cm,反演潮位的均方根误差分别降低了26.7%、34.4%、84%、31.6%。同时,还证明了本文方法求解出的自潮位基准面起算的测站高度,可应用于后续无验潮站或验潮站数据中断情况下潮位的反演。     

基于北斗系统三频特性的观测质量分析

本项研究在双频消除电离层技术的基础上,根据北斗的三频特性,消除观测值中的几何观测量,得到消电离层消几何观测量的组合值,并且对同一地区两个测站同步观测数据的组合值站间单差处理,在伪距观测和载波观测两个方面,分析各类卫星观测值的噪声和多路径误差的相关特征,预估和评定北斗系统的观测质量.结果表明:地球静止轨道卫星观测值主要影...     

基于非组合精密单点定位的区域电离层建模

电离层是地球空间的重要组成部分,电离层延迟是全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)数据处理的重要误差源,电离层的影响主要表现为地面站接收到的卫星载波和伪距信号的附加时延效应,最大可达几十米,精确的电离层模型可以有效提高GNSS单频数据处理的精度。利用GNSS观测值研究电离层,一般采用无几何距离组合的码和相位观测值,使用相位平滑伪距方法得到平滑电离层观测值,但是该方法容易受到伪距多路径和观测噪声的影响,导致电离层估计不准确。因此,先基于非组合精密单点定位(precise point positioning,PPP)提取电离层,利用国际GNSS服务的轨道、钟差等产品,有效减少待估参数个数,提高电离层延迟的估计精度;再使用纬度差和太阳时角差的多项式拟合进行区域电离层建模。利用某省连续运行参考站系统数据提取了天顶方向总电子含量信息进行建模,与PPP解算结果进行比较,在测站天顶方向上的模型值和解算值差异较小(除个别卫星外),可达到2 TECU左右。     

北斗三频无几何相位组合周跳探测与修复

推导了Compass三频无几何组合周跳探测的理论模型,并分析了探测精度。通过多频组合理论构造了较优的无几何周跳探测检验量,并对存在的不敏感周跳组合进行了分析。为了保证探测的完备性,联合运用两个合适的无几何组合作为探测检验组合进行周跳探测,并筛选了较优的探测检验组合。针对无几何组合最多只能两个线性无关,无法修复三个频点上的周跳的问题,探索了无几何探测检验组合联合一个伪距/载波组合进行周跳修复的方法。最后利用Compass三频实测数据,选用了无几何探测检验组合(-1,-1,2)与(-1,2,-1)和伪距/载波组合(1,3,-4)进行了验证分析。试验表明,该方法能够探测出所有大小的周跳,并且可以单历元修复周跳值,可适用于动态导航定位,有一定的实用性。     

Spin rate estimation of sounding rockets using GPS wind-up

Carrier phase wind-up is a well-known effect that arises from the relative rotation between a transmitting and receiving antenna. In GPS measurements at L1 frequency, this effect translates into an error of 19.029 cm per full relative rotation of antennas. Since this effect is independent of the satellite elevation for pure rotation about the antenna boresight axis, it is usually absorbed by the clock estimation in navigation algorithms. Therefore, the impact of wind-up is usually neglected for applications that do not require accuracies to the cm level like RTK. However, in receiving platforms with high rotation rate, the accumulated wind-up value can be important and actually be larger than receiver noise or even ionospheric variations. Therefore, in such scenarios, the wind-up contribution can be isolated and used as a source of information to compute the spin rate of such platforms using an appropriate combination of GPS observables. This work shows some results of a coarse, yet simple, approach to monitor the rotation angle and spin-rate of spin stabilized sounding rockets flown by DLR.     

基于无几何电离层滤波模型的北斗三号系统相位周跳与中断修复方法

高精度位置服务依赖模糊度正确固定的载波相位观测值,而复杂环境的相位周跳和中断给模糊度固定和数据处理带来了巨大挑战。北斗三号系统向全球播发四频和五频信号,为提升周跳处理性能提供了机遇。本文建立了探测多频超宽巷周跳的伪距-相位无几何组合模型,以及探测窄巷周跳的相位-相位无几何组合模型,并以周跳探测成功概率最大为准则确定了多频最优超宽巷和窄巷组合。由于电离层延迟制约了数据中断和电离层变化剧烈情况下的窄巷周跳探测,进而建立了顾及电离层延迟的窄巷周跳探测滤波模型。试验结果表明,对30 s采样间隔,基于无几何组合模型探测周跳的成功率均优于96%;对于3 min的数据中断,基于无几何组合模型的周跳探测成功率仅为70%,但补偿电离层延迟的滤波模型将成功率提升至95%以上。     

The Influence of Code Multipath on the Estimated Parameters of the Geometry-Free GPS Model

In this article, the influence of biases in GPS code observations on the estimated parameters of the geometry-free model is investigated. This is done for undifferenced as well as double-differenced data from short baselines, that is, baselines for which ionospheric effects may be assumed absent. It is shown how introducing a linear model for code multipath affects the original model parameters. The performance of the original and extended model is illustrated by analyzing data from a single receiver and a short baseline. ? 1999 John Wiley & Sons, Inc.     

Investigation of GPS antenna mean phase centre offsets using a full roving observation strategy

In practice, a relatively simple calibration method of full rotation and antenna swapping techniques can be used to control individual GPS antenna mean phase centre offsets without any ground truth survey. Based on these techniques a new full roving strategy is introduced, which is a generalisation of the full rotation and antenna swapping techniques for estimating all of the three components of the mean phase centre offsets in one processing step. This new technique can be used not only for calibration purposes, but also as an observation strategy for a local high-precision network. In the latter case, the proposed method is similar to the classical geodetic approaches, where the biases are cancelled or estimated by proper observation strategies.     

北斗三频非差观测值的电离层周跳探测与修复

针对历元间隔较大或电离层延迟较大的情况,采用两个无几何相位组合与一个最优无几何无电离层组合形成3个线性无关的探测量,将历元间高次差法引用到无几何相位组合探测量中,通过选取合适的探测阈值,使无几何相位组合能够正确探测到较大电离层影响情况下的不敏感周跳。此外,文中采用了一种特殊的无几何无电离组合观测量进行辅助修复,通过两次取整保证了周跳修复的准确性,避免了传统三频周处理中的搜索算法造成错误修复的问题,试验表明,文中算法可以正确探测与修复较大电离层影响情况下不同北斗卫星星座类型的所有小周跳组合以及不敏感周跳组合。     

利用L曲线法求解块体相对于欧亚板块旋转的欧拉矢量

为了解决采用GPS观测数据求解块体欧拉矢量过程中可能出现的矩阵病态问题,本文介绍应用L曲线法求解块体旋转的欧拉矢量,并对计算结果进行了误差估计;最后通过实例解算,表明该方法求解结果精度高,得到点位的水平运动速度残差南北向85％,东西向79％以上在1mm以内,GPS观测速度与理论速度残差可用来分析块体内部的变形特征.     

Performance analysis of triple-frequency ambiguity resolution with BeiDou observations

We investigate triple-frequency ambiguity resolution performance using real BeiDou data. We test four ambiguity resolution (AR) methods which are applicable to triple-frequency observations. These are least squares ambiguity decorrelation adjustment (LAMBDA), GF-TCAR (geometry-free three-carrier ambiguity resolution), GB-TCAR (geometry-based three-carrier ambiguity resolution) and GIF-TCAR (three-carrier ambiguity resolution based on the geometry-free and ionospheric-free combination). A comparison between LAMBDA, GF-TCAR and GB-TCAR was conducted over three short baselines and two medium baselines. The results indicated that LAMBDA is optimal in both short baseline and medium baseline cases. However, the performances of GB-TCAR and LAMBDA differ slightly for short baselines. Compared with GF-TCAR, which uses the geometry-free model, the GB-TCAR using the geometry-based model improves the AR performance significantly. Compared with dual-frequency observations, the LAMBDA AR results show a significant improvement when using triple-frequency observations over short baselines. The performance of GIF-TCAR is evaluated using multi-epoch observations. The results indicated that multi-path errors on carrier phases will have a significant influence on GIF-TCAR AR results, which leads to different GIF-TCAR AR performance for different type of satellites. For GEO (Geostationary Orbit) satellites, the ambiguities can barely be correctly fixed because the multi-path errors on carrier phases are very systematic. For IGSO (Inclined Geosynchronous Orbit) and MEO (Medium Earth Orbit) satellites, when the elevation cutoff angle is set as 30°, several tens to several hundreds of epochs are needed for correctly fixing the narrow lane ambiguities. The comparison of positioning performance between dual-frequency observations and triple-frequency observations was also conducted. The results indicated that a minor improvement can be achieved by using triple-frequency observations compared with using dual-frequency observations.     

削弱电离层影响的三频TurboEdit周跳处理方法

针对电离层活跃期或磁暴发生时,现有三频周跳探测方法难以正确探测与修复周跳的问题,借鉴双频TurboEdit思想,提出了能够削弱电离层延迟影响的三频TurboEdit方法。该算法中的三频无几何无电离层码相组合和两次历元差分后的相位无几何组合,均能有效削弱电离层延迟对周跳探测的影响。随后利用三频实测数据对本文算法进行了验证,试验结果表明该方法能够消除电离层延迟影响,实现电离层活跃观测条件下动态非差周跳的实时探测与修复。