北斗接收机初始相位偏差特性分析

研究接收机初始相位偏差对于恢复模糊度的整数特性具有重要意义。本文推导了北斗接收机间单差的频率间接收机初始相位偏差计算公式,利用零基线数据对其特性进行分析,并得出以下结论:单差频率间相位偏差具有短期稳定性,并不随卫星高度角变化而变化;接收机刚开始跟踪卫星时,单差频率间相位偏差需要一定的收敛时间才能达到稳定值;单差频率间相位偏差并不具有长期稳定性,接收机重新跟踪卫星后,其值会发生变化;接收机间单差的频率间相位偏差针对不同卫星在相同频率组合上是一致的。     

一种简易的GNSS接收机自检方法

针对GNSS接收机检定费用较高、检定机构数量少且检定周期长的问题,该文提出了一种简易快速的GNSS接收机检定方法。该方法根据GNSS接收机天线相位中心的几何关系,通过自设简易检定场,利用相对定位法及超短基线法分别检测接收机天线的相位中心偏差和内部噪声水平,并编写了相应的计算程序对检测数据进行快速的处理。4次独立实验结果表明:该文实验方案具有较高的精度和可靠性,适用于快速对GNSS接收机天线相位中心偏差和内部噪声水平进行自检。     

GPS/Galileo/BDS系统测距信号精度分析与评价

随着Galileo、BDS的建设和GPS的发展完善,多系统多频融合的趋势促进了多模GNSS接收机产业化应用。利用零基线双差法对GPS/Galileo/BDS双频观测值进行测距信号精度评估,通过24h的观测数据分析,结果表明Galileo IOV卫星双频观测值残差值最小,测距信号精度最优,其次是BDS;Galileo与BDS系统载波相位观测精度均优于2mm,伪距观测精度优于0.2m,GPS系统测距信号精度相对较差。同时,通过对比Trimble NET R9、Septentrio POLARX4及Javad TRE_G3TH_8三种不同类型接收机间观测值残差及基线坐标偏差,得出NET R9和POLARX4接收机内部噪声水平相当,TRE_G3TH_8稍差的结论。     

卫星导航接收机测距精度评价方法研究

卫星导航接收机测距精度的好坏是制约接收机性能优劣的一个关键因素。从卫星导航的一个重要的观测量伪距入手，从分析伪距的观测方程的角度给出了四种卫星导航接收机测距精度评价的方法：钟差测定法、通道问单差法、零基线双差法和定位精度反推法，并对评价方法中涉及到的几个关键技术进行了阐述分析。测距精度评价方法的建立为卫星导航设备测距精度性能优劣的合理评估提供了一个参考依据。     

GPS信号强度变化对接收机数据质量的影响分析

由于卫星信号强度对接收机跟踪具有重要影响,将模拟器设置为不同大小的电平播发不同强度的GPS信号,以测试和芯星通（UB4B0）接收机跟踪卫星的情况;并将接收机采集的原始数据转换为RINEX格式的观测值文件和星历文件,通过星间单差、站星双差的方式计算伪距和载波相位的双差残差。通过对比不同信号强度下的卫星数和零基线双差残差,利用Matlab软件绘图,进一步分析GPS信号强度变化对接收机数据质量的影响。     

多频多模接收机差分码偏差的精密估计与特性分析

全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）探测大气电离层需要精确处理由接收机差分码偏差（differential cade bias,DCB）引起的系统误差。准确掌握接收机DCB的多时间尺度精细变化等特性是联合美国GPS、中国北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）和欧盟Galileo等多GNSS技术监测电离层所面临的主要科学问题之一。为此,提出了基于零基线精密估计站间单差接收机DCB的方法,并对站间单差接收机DCB的日加权平均值进行了分析。基于4台多模接收机采集于2013年的双频观测值,揭示了站间单差接收机DCB的变化可能受3种因素的影响,即接收机内置软件的版本升级（实验中引起了约3 ns的显著增加）、拆卸个别接收机所导致的观测条件改变（实验中引起了约1.3 ns的显著减少）和估计方法的误差（引起了与导航系统卫星几何结构重复性相一致的周期性变化）等。     

基于星间单差法的GEO卫星精密定轨

提出了一种利用星间单差法消除接收机钟差的GEO卫星精密定轨方案。通过仿真,详细探讨了相关原理、参数设置、测站分布以及单差选星等关键问题。仿真研究表明,该方法消去了接收机钟差、大部分与测站相关的系统误差以及用模型未完全改正的对流层及电离层延迟残差,能够直接解算卫星轨道参数,减轻测站接收机时钟同步的负担;通过方案对比,确定了一种优化方案,选取合适的卫星对,在现有条件下采用合适的测站分布,利用星间单差方法解算22参数,可以获得高精度的GEO卫星轨道。     

零基线约束的参考站间模糊度固定方法研究

论文提出一种GNSS零基线约束的参考站间模糊度快速固定方法,该方法基于“一天线+双接收机”设计进行参考站间模糊度固定。首先,利用两个参考站四台接收机观测值形成四对参考站间无电离层组合双差观测值。其次,结合无电离层组合观测值模糊度和宽巷整周模糊度进行卡尔曼滤波和N1模糊度实数解计算。然后在模糊度域内进行线性变换,单历元固定零基线模糊度;利用零基线模糊度约束解算四组参考站间模糊度中的一组模糊度。最后,利用固定的模糊度还原所有原始双差整周模糊度。实验证明:与传统参考站间模糊度固定方法比,充分利用了零基线模糊度固定的约束条件进行参考站间模糊度固定,加快了模糊度收敛速度,极大地提高了模糊度固定的速度和成功率。      

GNSS数据处理中双差残差恢复单差残差的原理分析

根据零基线或超短基线相对定位的双差残差可以对GNSS观测数据质量进行评估,但双差残差包含了参考卫星观测误差的影响,不利于对各颗卫星观测误差特性进行独立分析。分析了RTKLIB软件中双差残差恢复单差残差方法的原理,从理论上论证了根据恢复的单差残差序列进行观测数据质量评估的合理性,并利用一组30 m基线GPS双频实测数据对此进行数值验证。     

北斗广域高精度时间服务原型系统

基于精密单点定位(precise point positioning,PPP)的时间传递技术以其精度高、覆盖范围广的优点成为性能最优的GNSS时间传递方法之一。随着广域差分产品时效性的提高,实时PPP时间传递开始应用于精密授时的研究。本文在PPP时间传递技术的基础上,结合实时卫星钟差估计、接收机时钟调控及硬件延迟标校技术,建立了基于北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)的广域高精度时间服务(wide-area precise timing,WPT)系统,可为用户实时提供准确、稳定、可溯源的时间。WPT系统分为时间服务平台和用户终端两个部分。时间服务平台引入高精度的时间作为系统的参考时间基准,并提供广域实时差分改正数;用户终端基于实时PPP时间传递算法获取本地钟与系统时间基准的差异,并采用精密调钟技术实现终端与系统的同步。为了验证系统的实时授时性能,本文进行了零基线、短基线及广域环境下的性能测试和评估。试验结果表明,该系统零基线、短基线时间同步精度优于0.5 ns,广域条件下单天的授时精度均优于1 ns,为基于北斗系统的精密授时技术发展提供了参考。     

BDS/GPS单历元短基线动对动定位性能分析

针对在城市峡谷环境下观测卫星较少、观测质量差和周跳频繁,导致动对动定位过程中双差模糊度不连续的问题,提出了一种GPS/BDS组合系统的单历元模糊度解算方法。通过GPS/BDS组合定位提高了卫星的可用数量,利用单历元模糊度固定减弱了周跳频繁带来的影响。实验采用GPS/BDS组合的7组数据,分析了在不同高度角下动对动定位单历元解的模糊度固定率、解算失败率、粗差率和定位精度。结果表明,GPS/BDS组合动对动定位单历元模糊度解算方法,在高遮挡的城市峡谷环境仍然可以取得较好的定位结果。     

BDS/GPS组合动态测量效果分析

随着北斗卫星导航定位系统(BDS)的日趋完善和成熟,基于BDS与GPS和GLONASS的多星座动态测量技术得到广泛应用,显著提升了困难区域的动态测量效率和精度。因此,本文探讨了BDS/GPS组合系统,介绍了BDS/GPS及后差分动态测量(PPK)基本原理及数据处理模型,而且通过在某大学进行的两组动态测量实验中,进行PPK处理得到BDS和GPS的单系统动态测量结果,以及BDS/GPS组合系统的动态测量结果,两组实验数据表明:BDS或GPS单系统与BDS/GPS组合系统相比,BDS/GPS组合系统的动态测量效果优于BDS或GPS任一单系统动态测量的效果,且测量结果更为可靠。     

风云3C增强北斗定轨试验结果与分析

首次搭载GPS/BDS双模接收机全球导航卫星掩星探测仪(GNOS)的风云三号C星于2013年9月23日的成功发射,为研究低轨卫星对BDS定轨增强提供了便利。本文首先对低轨卫星GNOS搭载的GPS/BDS双模接收机的观测数据进行统计,并分析了伪距测量精度。然后在全球测站、区域测站两种布局情况下,对无GNOS的BDS单系统定轨、无GNOS的GPS/BDS双系统定轨、有GNOS的BDS单系统定轨增强、有GNOS的GPS/BDS双系统定轨增强4种方案进行北斗轨道及钟差比较分析。结果表明,GNOS对北斗卫星轨道增强在全球测站下,GEO卫星切向精度提升最为显著,提升程度达60%,其次是法向和其他类型卫星切向,部分弧段个别GEO卫星径向精度稍有下降。双系统定轨增强中可视弧段钟差重叠精度RMS值有0.1ns量级改善。7个国内测站区域监测网的定轨试验中对轨道进行了预报,结果表明GNOS对北斗GEO卫星轨道预报精度切向提升达85%,其余方向及卫星有较大改善,平均21.7%。可视弧段钟差重叠精度RMS值有0.5ns量级改善。     

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。     

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。      

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。     

BDS/GPS非差误差改正数的实时动态定位方法

针对我国地区观测数据的实验定位结果精度问题,该文提出BDS/GPS非差误差改正数的实时动态定位方法,研究了BDS/GPS单参考站非差实时动态定位算法模型,流动站使用非差误差改正数,不需要进行双差观测值的组合。参考站将非差误差改正数传递给流动站,对流动站的观测值进行误差改正,可以直接固定流动站的模糊度。实验表明:在我国南方地区BDS精度要优于GPS,而在北方地区,BDS/GPS定位精度和GPS定位精度明显优于BDS。并且与单系统相比,组合系统的可视卫星数明显增加,改善了卫星空间几何分布结构,从而提高了导航定位的可用性和精度。     

BDS/GPS组合单历元基线解算方法

阐述了BDS/GPS单历元解算函数模型的相关理论,并进行了相应的公式推导。在此基础上,利用基于正则化的载波相位解算模型,解算宽巷模糊度。首先将BDS卫星宽巷模糊度值作为约束固定出IGSO和MEO卫星的模糊度;然后再将IGSO和MEO卫星模糊度值作为约束来固定GEO卫星模糊度。通过实测数据对该方法进行测试和分析,结果表明:BDS/GPS组合系统单历元宽巷模糊度成功率为100%;基频模糊度成功率90%以上;N、E、U方向定位精度达到了毫米至厘米级。     

城市环境下GPS/BDS融合伪距定位性能分析

观测环境的优劣对卫星定位结果有着显著影响,城市环境信号遮挡强、多路径效应明显,导致定位连续性差、可靠性低。文中讨论GPS/BDS时空系统统一以及融合解算中伪距定位数学模型,利用香港地区城市环境实测数据对GPS/BDS双系统融合伪距定位结果与GPS、BDS单系统在可见卫星数、PDOP值、定位连续性、可靠性等方面进行比较分析。结果表明:多系统融合伪距定位相比单系统增加可见卫星数,减小PDOP值,明显改善城市环境定位连续性,小幅度提高定位精度。     

组合GNSS系统定位数据质量与精度比较分析

本文对组合GNSS系统进行静态相对定位测量与RTK测量试验,研究结果表明:在静态相对定位测量中,BDS的数据利用率、多路径效应误差优于GPS与GLONASS,BDS的定位精度优于GLONASS略低于GPS;组合系统中GPS/BDS与GPS/BDS/GLONASS的定位精度较优,引入GLONASS对定位精度改善的作用不明显。在RTK测量中,当观测条件理想时,GPS/BDS较GPS可见卫星数目多,PDOP值低,中误差小。当观测条件较差时,GPS/BDS较GPS可见卫星数目多,PDOP平均值低,中误差小,限差内固定解获得时间减少76.1%;GPS/BDS/GLONASS较GPS/BDS在中误差、水平精度和垂直精度上更优,限差内固定解获得时间更稳定可靠。