GPS天线相位中心校正对低轨卫星精密定轨的影响研究

执行各种低轨卫星任务的官方在公布定轨结果的同时并没有公布星载接收机的天线相位中心校正(PCV)信息,而PCV误差是星载GNSS精密定轨必须考虑的主要误差源之一。以GRACE卫星任务为例研究PCV误差对低轨卫星精密定轨的影响,利用GPS观测数据直接估计与相位误差有关的天线相位偏差(PCO)和PCV参数,然后利用K波段测距系统和卫星激光测距仪数据进行定轨评定。     

利用星载GPS观测数据确定海洋2A卫星cm级精密轨道

系统研究了基于国产星载双频GPS接收机的海洋2A(HY2A)卫星精密定轨问题,并对星载双频GPS接收机天线相位中心进行了校正.结果显示,HY2A卫星径向定轨精度可达1～2 cm,天线相位中心标定精度为mm级.相关成果可应用于我国后续所有搭载双频GPS接收机的对地观测卫星计划.     

SWARM卫星星载GPS天线相位中心估计及对卫星定轨的影响

天线相位中心变化(PCV)作为低轨卫星精密定轨的重要误差之一,必须提前进行标定和建模。本文基于消电离层组合简化动力学定轨的残差建立了SWARM卫星星载GPS的PCV模型,并分析了PCV对卫星定轨的影响。结果表明SWARM三颗卫星的PCV模型非常相似,与高度角、方位角存在强相关性,部分区最大值可达2.0cm,而且PCV对SWARM卫星的简化动力学和几何轨道的影响较大,尤其是法向,最大可到2.0cm。     

Swarm卫星天线相位中心校正及其对精密定轨的影响

接收机天线相位中心偏差是星载GPS精密定轨必须考虑的误差源,而PCV一般需要多天观测数据进行联合估计,其估计方法及效率显得尤为重要。本文针对传统PCV综合方法计算效率较低、需要存储多天的法方程以及先验信息等问题,提出了一种改进的PCV综合方法。该方法通过递推的方式,既不需要存储多天的法方程及先验信息,又能够及时提供PCV信息,进而提高了PCV值获取的效率,为实现Swarm卫星PCV的快速求解提供了一种新的途径。最后,利用星载GPS数据进行了Swarm卫星精密定轨。试验结果表明:采用改进的PCV综合方法,能够提高PCV综合效率,降低所需存储空间;通过与外部精密轨道比较表明,进行PCV改正后,Swarm卫星的径向、切向和法向定轨精度均有不同程度的提高,尤其是对法向精度改善最为明显,平均提高约23.3mm;进行PCV改正后,Swarm卫星各个方向的定轨精度均优于2cm。     

3种测站布局星载观测数据增强定轨研究

低轨卫星(LEO)星载观测数据可削弱导航星精密定轨时对地面站的依赖性。分析了在全球测站均匀但不均衡、国内区域测站加入我国南北极测站、仅国内区域测站3种测站布局情况下,加入LEO进行联合定轨时LEO对导航星定轨的增强程度。使用双星GRACE和地面实测数据进行了定轨实验分析,并对轨道进行1 d预报。结果表明,3种测站布局加入LEO后定轨精度一维RMS分别提高了6 mm、2.7 cm和2.5 dm,提高程度分别在19.5%、38.2%、63.1%,区域测站提高最为明显,加入我国南北极测站定轨精度提高至5 cm以内;切向、法向、径向均有相应程度的提高,切向稍大;轨道预报精度分别提高了15.3%、28.9%、66.0%,与定轨精度提高程度相一致。     

北斗卫星导航系统实时定轨及SSR改正信息生成方法

随着GNSS应用的不断发展,实时位置服务已经成为国内外研究热点,而北斗卫星导航系统的实时服务尚处于发展阶段。本文基于卫星精密定轨基本原理,讨论了北斗导航卫星实时轨道确定策略;研究了基于北斗卫星质心和天线相位中心的SSR轨道改正值生成方法,并给出了一种适合北斗导航卫星的IODE值表达方式;基于国家基准站和全球MGEX站数据,进行了北斗导航卫星的实时轨道解算测试,结果表明,GEO卫星1D RMS精度优于400 cm,平均精度为223 cm,其径向精度优于20 cm;IGSO卫星精度优于30 cm,平均精度为22 cm,其径向精度优于10 cm;MEO卫星精度优于30 cm,平均精度为15 cm,其径向精度优于10 cm。     

GPS卫星实时精密定轨及初步结果分析

提出了导航卫星实时精密定轨的滑动窗口短弧法方程综合方法.通过对全球70个IGS站的观测数据进行仿实时解算的结果表明,与IGS事后精密轨道相比,实时轨道精度达5 cm左右,达到IGS事后快速轨道精度的水平.     

固定模糊度的精密单点定位几何定轨方法及结果分析

传统的基于PPP(precise point positioning)模式的定轨方法采用浮点解,导致其定轨精度及可靠性较双差固定解稍差。为了进一步提高PPP模式事后定轨的精度和可靠性,利用2012年1月2～7日全球IGS跟踪站数据计算出当天所有卫星的宽巷和窄巷FCB产品,实现了GRACE卫星固定PPP整数模糊度的精密定轨。并将定轨结果分别与GFZ事后精密轨道、K波段测距结果进行比较,分析其内外符合精度。实验结果表明:与GFZ提供的事后精密轨道相比,GRACE-A卫星单天轨道固定解的精度为R方向2～3cm,T方向大部分优于2cm,N方向优于2cm,较之浮点解的定轨结果3个方向分别改善了约19%、30%、50%;GRACE-B卫星3个方向精度分别为2～3cm、2cm左右、1～2cm,较之浮点解各方向也有同等程度的改善。与K波段测距结果相比,浮点解的KBR残差STD均值为22.6mm,固定解为16.4mm,比浮点解提高了约28%。可见,PPP模糊度固定解明显改善了低轨卫星的定轨精度,能提供更可靠的轨道服务。     

GBM快速轨道产品及非差模糊度固定对其精度的改进

GNSS是实时定位导航最重要的方法,精密卫星轨道钟差产品是GNSS高精度服务的前提。国际GNSS服务中心(IGS)及其分析中心长期致力于GNSS数据处理的研究及高精度轨道和钟差产品的提供。GFZ作为分析中心之一,提供GBM多系统快速产品。本文基于2015—2021年GBM提供的精密轨道产品,阐述了数据处理策略,分析了轨道的精度,介绍了非差模糊度固定的原理和对精密定轨的影响。结果表明:GBM快速产品中的GPS轨道精度与IGS后处理精密轨道相比的精度约为11~13 mm,轨道6 h预报精度约为6 cm;GLONASS预报精度约为12 cm,Galileo在该时期的精度均值为10 cm,但是在2016年底以后精度提升到5 cm左右;北斗系统的中轨卫星(medium earth orbit,MEO)在2020年以后预报精度约为10 cm;北斗的静止轨道卫星(geostationary earth orbit,GEO)卫星和QZSS卫星的预报精度在米级;卫星激光测距检核表明,Galileo、GLONASS、BDS-3 MEO卫星轨道精度分别为23、41、47 mm;此外,采用150 d观测值的试验结果表明,采用非差模糊度固定能显著改善MEO卫星轨道精度,对GPS、GLONASS、Galileo、BDS-2和BDS-3的MEO卫星的6 h时预报精度改善率分别为9%~15%、15%~18%、11%~13%、6%~17%和14%~25%。     

GIOVE-A卫星精密定轨仿真研究

基于GPS系统的实测数据,在极为类似的条件下,仿真研究了GIOVE-A卫星的精密定轨问题.以IGS提供的GPS精密星历为时空基准,利用12个全球分布的跟踪站数据,在精确确定地面站坐标、精密时间同步以及确定对流层参数的基础上,进一步利用单颗GPS卫星仿真GIOVE-A卫星实施了精密轨道确定.结果显示,采用本文方法计算的单颗导航卫星轨道的三维位置精度优于50 cm,径向精度达到了10 cm.     

北斗三号三频组合观测值特性分析研究

北斗三号卫星导航系统今年已步入全球组网阶段,预计到2018年底BDS-3的服务区域将覆盖“一带一路”国家及周边国家.目前BDS-3已发布B1I、B1C、B2a和B3I四个信号的用户接口控制文件,本文利用函数极值法给出了特定波长和电离层延迟影响系数下的噪声最优线性组合系数,分析得出BDS-3最优超宽巷组合为三频信号(B1C,B1I,B2a)和(B1C,B1I,B3I)中的线性组合(1,-1,0),最优宽巷组合为三频信号(B1I,B3I,B2a) 和(B1C,B3I,B2a)中的线性组合(1,-3,2),这三个组合也是BDS-3、BDS-2和GPS中的最优组合.利用北斗三号的实测数据进行长短基线下宽巷／超宽巷双差模糊度解算,验证了BDS-3最优宽巷与超宽巷组合的结论的同时,还得出三频信号(B1I,B3I,B2a)和(B1C,B3I,B2a)中的宽巷组合(1,-3,2)与超宽巷组合(1,-4,3)和(0,1,-1)在长／短基线情况下均适用,而筛选得到的较优三频信号(B1C,B1I,B2a)和(B1C,B1I,B3I)中的宽巷／超宽巷组合仅在短基线场景下均适用.      

Determination of the main Lunar waves generated by the third degree tidal potential and validity of the corresponding body tides models

Seventeen long series of tidal gravity observations with superconducting gravimeters (SGs) belonging to the GGP network allowed to determine the main tidal waves generated by the tidal potential of third degree in the Diurnal (M1), Semi-Diurnal (3MK2, 3MO2) and Ter-Diurnal (M3) bands with a precision of 0.1%, although the amplitudes of these waves are below 10 nm s⁻² (1 μgal). Special analysis techniques have been used to separate M1, 3MK2 and 3MO2 from the neighbouring waves generated by the second degree potential. The 11 European stations form a geographically homogeneous subgroup and it is thus possible to derive some conclusions concerning the ocean tides loading and the body tides models. The results for M1, 3MK2 and 3MO2 are not in contradiction with the recent models and the results for M3 are even in agreement with them.     

北斗三号观测数据质量及定位精度初步评估

开展BDS-3观测数据质量评估对于即将到来的BDS-3应用研究至关重要。本文从载噪比、伪距多路径及观测噪声3方面评估了BDS-3卫星的观测数据质量，在此基础上分析了其标准单点定位和短基线相对定位性能。初步评估结果表明：在载噪比方面，BDS-3卫星的B1I频点比BDS-2卫星高3~4 dB/Hz，B3I频点最高，其余频点大小相当；在多路径方面，BDS-3卫星伪距B2a、B2b和B3I与BDS-2的B3I大小相当，B1I和B1C与BDS-2的B1I、B2I大小相当，且BDS-3各频点的伪距多路径组合中不存在明显的与高度角相关的伪距偏差；在观测值噪声方面，BDS-3卫星与BDS-2卫星各频点大小基本相当。相比于仅使用BDS-2卫星，增加BDS-3卫星可以改善几何图形结构，一定程度上提高伪距单点定位和短基线相对定位的精度。     

3-D Radargrammetric Modeling of RADARSAT-2 Ultrafine Mode: Preliminary Results of the Geometric Calibration

The geometry and the accuracy of the 3-D cartographic localization of RADARSAT-2 images are being evaluated as part of the Canadian Space Agency's Science and Operational Applications Research program. In a first step, the Toutin's 3-D physical model, previously developed for RADARSAT-1, was adapted to RADARSAT-2 sensor and applied to two ultrafine mode images (U2 and U25) acquired over an area in Beauport, Quebec. Both the 3-D modeling computed with only 12 ground control points and its geometric localization were evaluated with different check data: 1) independent check points; 2) the two quasi-epipolar images; 3) the two orthoimages; and 4) 1-m accurate orthophotos. All four results and validations are in agreement and confirm that the 3-D geometric localization and restitution accuracy are 1 m in planimetry and 2 m in elevation. The checked data error being included in these evaluations and the relative error computed from the quasi-epipolar comparison provided a high level of confidence that the precision of Toutin's 3-D radargrammetric model is better than 0.25 m.     

Initial assessment of the COMPASS/BeiDou-3: new-generation navigation signals

The successful launch of five new-generation experimental satellites of the China’s BeiDou Navigation Satellite System, namely BeiDou I1-S, I2-S, M1-S, M2-S, and M3-S, marks a significant step in expanding BeiDou into a navigation system with global coverage. In addition to B1I (1561.098 MHz) and B3I (1269.520 MHz) signals, the new-generation BeiDou-3 experimental satellites are also capable of transmitting several new navigation signals in space, namely B1C at 1575.42 MHz, B2a at 1176.45 MHz, and B2b at 1207.14 MHz. For the first time, we present an initial characterization and performance assessment for these new-generation BeiDou-3 satellites and their signals. The L1/L2/L5 signals from GPS Block IIF satellites, E1/E5a/E5b signals from Galileo satellites, and B1I/B2I/B3I signals from BeiDou-2 satellites are also evaluated for comparison. The characteristics of the B1C, B1I, B2a, B2b, and B3I signals are evaluated in terms of observed carrier-to-noise density ratio, pseudorange multipath and noise, triple-frequency carrier-phase ionosphere-free and geometry-free combination, and double-differenced carrier-phase and code residuals. The results demonstrate that the observational quality of the new-generation BeiDou-3 signals is comparable to that of GPS L1/L2/L5 and Galileo E1/E5a/E5b signals. However, the analysis of code multipath shows that the elevation-dependent code biases, which have been previously identified to exist in the code observations of the BeiDou-2 satellites, seem to be not obvious for all the available signals of the new-generation BeiDou-3 satellites. This will significantly benefit precise applications that resolve wide-lane ambiguity based on Hatch–Melbourne–Wübbena linear combinations and other applications such as single-frequency precise point positioning (PPP) based on the ionosphere-free code–carrier combinations. Furthermore, with regard to the triple-frequency carrier-phase ionosphere-free and geometry-free combination, it is found that different from the BeiDou-2 and GPS Block IIF satellites, no apparent bias variations could be observed in all the new-generation BeiDou-3 experimental satellites, which shows a good consistency of the new-generation BeiDou-3 signals. The absence of such triple-frequency biases simplifies the potential processing of multi-frequency PPP using observations from the new-generation BeiDou-3 satellites. Finally, the precise relative positioning results indicate that the additional observations from the new-generation BeiDou-3 satellites can improve ambiguity resolution performance with respect to BeiDou-2 only positioning, which indicates that observations from the new-generation BeiDou-3 satellites can contribute to precise relative positioning.     

BDS-3新频点B1C/B2a动态数据特性及PPP精度分析

通过载噪比(CNR)、数据完整率、伪距与载波相位观测值噪声和伪距多路径效应四个指标对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)新频点B1C/B2a车载动态数据的特性进行了分析,测试了BDS-3新频点动态精密单点定位(PPP)的性能,并与其它全球卫星导航系统(GNSS)进行了对比. 试验结果表明,BDS-3新频点B2a平均CNR优于北斗卫星导航系统(BDS)其它频率,但略差于GPS L5;相较于其它GNSS,BDS数据完整率相对较高,其中BDS-3 B2a新频点数据完整率最高;BDS-3 B2b伪距观测值噪声最小,B1C和B2a伪距观测值噪声约为B2b信号的3倍,但不同频率相位观测值噪声处于同一量级;对于伪距多路径而言,BDS-3 B1C/B2a 信号略小于B2b 信号. 总体而言,GPS L5信号抑制多路径效应的能力最强. 在动态PPP性能方面,BDS-3 B1C/B2a双频组合动态PPP定位精度最优,其三维(3D)均方根(RMS)误差为0.439 m,相比BDS B1I/B3I、GPS L1/L2、GLONASS G1/G2和Galileo E1/E5a双频组合PPP,其精度改善率分别为49%、56%、81%和42%.      

北斗三号基本系统伪距单点定位性能分析

北斗三号(BDS-3)已经完成基本系统建设,并于2018年12月27日开始正式提供全球服务. 本文选取了全球分布的12个国际GNSS监测评估系统(iGMAS)跟踪站数据,对北斗二号(BDS-2)和北斗三号(BDS-3)及其组合的定位性能进行研究,分析了空间位置精度因子(PDOP)、卫星可见数,以及单双频伪距单点定位精度. 结果表明:BDS-3各频点单频定位精度由高到低的顺序为B1C、B2a、B1I、B3I,BDS 3双频定位精度B1C／B2组合优于B1I／B3I组合;在亚太区域,BDS-2／BDS-3相对于BDS 2定位精度提升大于14％.      

构像畸变模型参数对普通数码影像DLT算法精度影响

在不同的构像畸变模型条件下,利用附加条件的DLT算法处理普通数码影像所得到的影像精度是不同的。控制点分布均匀时,进行试验,结果表明,在较少控制点情况下,可考虑引入3个畸变系数k1、P1、P2来提高解算精度;而当控制点数达到一定数量时,可考虑引入3个畸变系数k1、p1、p2或5个畸变系数k1、k2、k3、p1、p2以提高解算精度。     

北斗三号系统信号质量分析及轨道精度验证

北斗三号卫星导航系统（BeiDou-3 navigation satellite system,BDS-3）的信号体制经过重新设计,提供B1I、B3I、B1C、B2a以及B2b 5个频点的公开服务信号。从伪距多路径、信噪比、无几何无电离层相位组合（geometry-free ionosphere-free phase combination,GFIFP）观测值特性等方面,对BDS-3卫星公开服务信号的观测数据质量进行分析评估。结果表明,BDS-3卫星信号的多路径噪声水平优于北斗二号系统卫星,且未发现与高度角相关的系统偏差,B1C受多路径及噪声的影响更为显著;不同信号组合的GFIFP序列都呈现出与卫星相关的周期性系统误差,峰值约为2 cm。对BDS-3卫星采用“一步法”精密定轨,分别采用B1I&B3I与B1C&B2a的双频无电离层组合,使用轨道边界不连续性以及卫星激光测距进行轨道精度检核,结果表明,在可用观测数少于B1I&B3I的情况下,B1C&B2a解算的轨道精度达到与B1I&B3I相当的水平,轨道径向的内符合精度分别为6.1 cm、6.6 cm...     

北斗二号对北斗三号伪距单点定位精度影响分析

针对当前BDS-2/BDS-3组合定位性能,基于国际GNSS服务(IGS)跟踪站对BDS-2/BDS-3的组合定位实测数据,分析了北斗二号(BDS-2)不同类型卫星对北斗三号(BDS-3)卫星B1I、B3I与B1I/B3I双频组合伪距单点定位精度的影响. 经研究发现,BDS-2不同类型星座卫星都能有效改善BDS-3卫星可见数与卫星空间几何构型,地球静止轨道(GEO)卫星、倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星、中圆地球轨道(MEO)卫星使BDS-3单频和双频伪距单点定位精度的提升在20%以内,而全部BDS-2卫星使BDS-3单频和双频伪距单点定位精度的提升在30%以内,整体提升关系为:BDS-2全部卫星>IGSO卫星>GEO卫星>MEO卫星.