BDS-3实时精密产品质量评估及其PPP性能分析

随着北斗三号全球卫星导航系统的正式开通,各数据分析中心陆续开始提供北斗三号系统的实时精密产品,使基于北斗三号的实时精密单点定位（PPP）成为可能。实时精密产品质量是影响实时PPP定位性能的重要因素,直接决定了实时PPP的可用性、收敛时间和定位精度。为了促进基于北斗三号的实时PPP的研究和应用发展,本文对现有的北斗三号实时精密产品质量进行了评估,包括数据完整率、钟差精度和轨道精度,并结合全球均匀分布的5个基准站的观测数据,分析了北斗三号的实时PPP性能。试验结果表明,北斗三号实时数据完整率为98.3%,精密钟差和轨道精度分别为0.8 ns、8 cm,加入北斗三号系统后,相比GPS的实时PPP收敛速度提高了30%,定位精度提高了8%。     

北斗系统双模网络实时动态差分法组合定位性能初探

提出采用数据实时分流和Ntrip并行服务设计进行北斗系统多模连续运行参考站系统更新升级的新方法,可用于北斗系统兼容连续运行参考站系统建设,提供多种北斗系统多模组合网络实时动态差分法服务。利用惠州市卫星定位连续运行参考站系统进行北斗系统双模连续运行参考站更新升级试验,实现了包括全球定位系统、北斗系统、北斗系统/全球定位系统双模三种网络实时动态差分法组合定位服务的区域覆盖。开展野外网络实时动态差分法定位试验,以全球定位系统为参考目标,对北斗系统双模网络实时动态差分法组合定位性能进行定量比对分析,通过11个测试样本对网络实时动态差分法定位精度和初始化时间等指标进行定量评估。结果表明,与全球定位系统相比,北斗系统及北斗系统/全球定位系统双模网络连续运行参考站定位初始化时间可减少50%以上,定位精度水平也达到3~4cm水平,卫星观测条件和环境适应性更好,北斗系统双模网络连续运行参考站已具备很好的应用性能,适合推广应用。     

北斗精密定轨及广播星历轨道精度评估

目前各类用户对基于北斗卫星导航定位服务需求在不断扩大,由于广播星历实时、易获取,北斗广播星历精度是实时导航定位用户关心的问题,也是检验系统是否达成设计指标的关键因素。文中基于国家基准站和MGEX站计算北斗精密轨道,重复弧段精度优于利用国际站计算结果。将计算的北斗精密轨道作为参考,更加准确地评估分析北斗广播星历轨道误差的精度。分析结果显示,北斗广播星历轨道径向精度优于法向和切向精度,且法向误差具有较为明显的周期性。各类卫星中,GEO卫星精度稍差,而IGSO和MEO卫星与GPS在同一量级。随着北斗卫星系统逐步组网完善,地面监测站分布趋于合理,北斗系统整体性能将会不断提高。     

北斗系统时差定位报告选星方法研究

北斗卫星导航系统提供的无线电测定服务解决了"何人、何时、何处"的相关问题,实现了定位报告和态势共享,是北斗系统与其他全球卫星导航系统竞争的一个优势。利用北斗系统的无线电导航服务,可以使无线电测定服务摆脱对高程库的依赖,提高定位精度。研究了北斗系统时差定位报告的原理及形成时差的中圆地球轨道卫星的选星方法。模拟分析了北斗系统时差定位报告位置精度衰减因子随用户及北斗系统中圆地球轨道卫星位置变化的情况,得出如下结论:位置精度衰减因子主要受中圆地球轨道卫星纬度影响,中圆地球轨道卫星位于70°~80°N时,位置精度衰减因子最小;北斗系统时差定位报告选星时,在符合观测条件下,应选择纬度较大的中圆地球轨道卫星。为实现快速选星,推导了粗略估计卫星纬度的方法,仅利用5个卫星轨道参数实现快速计算卫星的粗略纬度。     

北斗多模组合RTK实时定位性能比较与分析

针对省级北斗地基增强系统在推进建设中系统评估方法存在的欠缺,提出了北斗多模组合定位测试方法。通过重点分析6种组合定位模式下的RTK实时定位关键性能表现,对定位初始化时间、固定成功率、连续性定位精度和实时定位精度等关键指标进行了定量对比分析。结果表明,广东省北斗地基增强系统可为广东省范围内提供符合精度要求的实时定位服务,在基准站平均间距35km以内,采用GPS+BDS组合信号RTK实时定位效果较好,能够提升其初始化时间和固定成功率。     

北斗广域实时精密定位服务系统研究与评估分析

采用IGS、MGEX、北斗地基增强网的实时观测数据,研制北斗广域精密定位服务系统,实时生成北斗高精度轨道、钟差、电离层产品,提供厘米级北斗双频PPP、分米级单频PPP、米级单频伪距定位服务。对实时产品评估分析的结果表明:北斗卫星实时轨道与钟差产品URE统计精度约为2.0cm,实时电离层精度优于4.0TECU。采用全国分布的实时测站动态定位精度(95%置信度)评估分析表明:北斗双频PPP精度存在明显的区域特征,高纬度以及西部边缘地区的定位精度平面约0.2m,高程约0.3m;中部地区定位精度平面优于0.1m,高程优于0.2m,接近GPS实时PPP精度水平;北斗与GPS融合可以提高单北斗、单GPS的定位性能,尤其是显著加快了PPP收敛时间,收敛时间缩短到20min内。另外,除边缘地区外,北斗单频PPP实现平面0.5m,高程1.0m;北斗单频伪距单点定位实现平面2.0m,高程3.0m。     

无人机载低成本北斗/GPS实时定位精度分析

北斗卫星导航系统采用3种轨道类型卫星组成的混合星座,抗遮挡能力强,同时创新融合导航与通信能力,具备全球定位、导航、授时服务能力。利用小型无人机搭载低成本北斗/GPS芯片,设计并实现软硬件系统。通过实时回传的观测数据,采用GPS、北斗以及北斗/GPS组合三种定位模式,进行实时单点定位,并对各模式下的可见卫星数、空间几何精度衰减因子和定位精度进行分析与评估。实验表明：无人机载北斗/GPS组合定位,平均PDOP值为1.4,可见卫星数达32,实现了较优的观测几何构型,历元利用率高。北斗/GPS组合模式与RTK接收机获取的坐标比较,在E、N、U方向上定位偏差分别达到2.5 m、4.1 m和2.4 m。     

北斗三号实时轨道改正数生成及服务性能分析

随着用户对高精度实时定位需求的提高,实时轨道已逐渐成为北斗系统应用服务的关键。为对北斗三号卫星实时轨道改正数生成和服务性能进行系统研究和分析,进而为系统服务和用户应用提供参考和依据,设计了实时精密定轨策略,提出了实时轨道改正数生成和恢复算法,统计分析了状态空间表示(state space representation, SSR)信息在有效期内的精度损失,研究讨论了SSR信息的有效服务时长。实验结果表明,北斗三号卫星实时轨道平均精度约为112 mm,生成的30 s更新频率的SSR信息在一个有效期的最大精度损失约为11 mm,在有效期之后25个历元(12.5 min)的平均精度损失超过0.5 m,不再具有使用价值。     

北斗/GPS组合定位方法

随着北斗卫星导航系统的逐渐完善,有关北斗系统定位的研究越来越深入,为了对比分析北斗系统和全球定位导航系统(GPS)定位的差异性,充分利用北斗地球静止轨道卫星(GEO)和倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)高轨道卫星的特殊性,本文提出一种新的组合选星方法,选取卫星数较少且Position Dilution of Precision(PDOP)最小的北斗/GPS组合,分别对比分析北斗系统、GPS系统及其组合系统在楼顶开放环境和楼间恶劣环境下的定位效果。实验结果表明:北斗比GPS有更加稳定的定位效果,依据本文组合选星方法,利用少量卫星即可获得较好的定位精度。     

BDS不同轨道卫星精密单点定位性能分析

为了分析北斗不同轨道卫星对定位结果的影响,从而更好地利用我国自主研发的北斗卫星导航系统。该文采用亚太地区7个MGEX测站12d观测数据,进行静态、后处理动态和模拟实时动态3种模式的精密单点定位实验。实验结果表明,在北斗3类轨道卫星等权的情况下,倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星对定位结果贡献最大;北斗两类轨道卫星组合中,IGSO+MEO组合定位精度最高,其静态精密单点定位(PPP)在E、N、U方向的RMS分别为0.62、0.39、3.71cm,后处理动态和模拟实时动态PPP的RMS为分米级;北斗各类轨道卫星与GPS组合定位中,GPS+IGSO+MEO组合定位结果收敛速度最快,收敛时间为26.30min。     

GNSS/INS多传感器组合高速铁路轨道测量系统

高速铁路轨道必须保持高平顺性、高稳定性和高可靠性,这直接关系到高速列车高速、安全且平稳运行。高速铁路轨道测量至少包括控制测量、线路测量和变形测量等工作。传统高速铁路轨道测量方法存在测量周期长、维护成本高、检测效率低等问题。为此,本文提出了一种基于全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)/惯性导航系统(inertial navigation system,INS)多传感器组合的高速铁路轨道测量方法,并研制了相应的轨道测量系统。本文详细介绍了其主要构成和方法流程,并在实际高速铁路轨道精调工程中进行了应用示范。结果表明:该系统实现了轨道路基变形监测和高速铁路轨道不平顺绝对测量与相对测量的一体化,其轨道横向偏差精度2 mm、垂向偏差精度2 mm,变形点水平方向精度1 mm、垂直方向精度1.5 mm,显著提高了测量效率。     

北斗卫星导航系统动态定位精度测试与分析

随着北斗卫星导航系统的建设与发展推动全球卫星导航事业在民航的发展。介绍了卫星导航系统的定位误差通过与作为真值数据的组合导航定位数据进行比较仿真分析了实测数据下精度因子与可见星数目的占比分布北斗卫星导航系统在低海拔平原地区和高海拔山脉地区均可以提供实时导航定位服务且定位结果均符合《北斗卫星导航系统公开服务性能规范》标准,满足用户的定位要求。      

北斗系统与GPS应用比较分析

我国自主建设的北斗卫星导航区域系统已投入试运行服务。从国内用户应用方面具体分析了北斗卫星导航系统相比美国GPS的优势,包括定位精度、信号的载噪比、定位速度和应用模式等,给出了北斗卫星导航区域系统在试运行阶段的一些应用测试数据。同时指出了对北斗系统未来发展趋势。     

关于建设北斗星基广域增强系统研究

鉴于GPS系统已经成熟,北斗导航系统建设尚不完善,本文考虑建设北斗卫星对GPS卫星的增强系统。一方面,采用GPS/Compass-Ⅱ组合卫星导航系统,可大大增加某一时刻的可见卫星数,增强导航定位系统的可靠性。另一方面,北斗现已发射第九颗导航卫星,其中包括5颗地球静止轨道卫星,本文重点探讨利用这5颗GEO(Geostationary Orbit,GEO)卫星对GPS系统进行外部增强,即北斗GEO卫星同时播发卫星导航电文和增强信息,提高用户定位精度。     

BeiDou、Galileo、GLONASS、GPS多系统融合精密单点

随着中国BeiDou系统与欧盟Galileo系统的出现以及俄罗斯GLONASS系统的恢复完善,过去单一的GPS导航卫星系统时代已经逐步过渡为多系统并存且相互兼容的全球性卫星导航系统(multi-constellation global navigation satellite systems,multi-GNSS)时代,多系统GNSS融合精密定位将成为未来GNSS精密定位技术的发展趋势。本文采用GPS、GLONASS、BeiDou、Galileo 4大卫星导航定位系统融合的精密单点定位(precise point positioning,PPP)实测数据,初步研究并分析了4系统融合PPP的定位性能。试验结果表明:在单系统观测几何构型不理想的区域,多系统融合能显著提高PPP的定位精度和收敛速度。4大系统融合的PPP收敛速度相对于单GNSS可提高30%~50%,定位精度可提高10%~30%,特别是对高程方向的贡献更为明显。此外,在卫星截止高度角大于30°的观测环境下,单系统由于可见卫星数不足导致无法连续定位,而多系统融合仍然可以获得PPP定位结果,尤其是水平方向具有较高的定位精度。这对于山区、城市以及遮挡严重的区域具有非常重要的应用价值。     

Integrated GNSS with different accuracy of track database for safety-critical railway control systems

The primary object of this research is to test and to assess a tightly coupled GNSS and railway track data system for railway applications. One of the key features of this system is its ability to take into account uncertainties in both GPS observables and the spatial railway network data. Since trains travel on pre-defined fixed routes, 3-D positioning becomes a 1-D positioning problem that fixes the position of the train along the track. The spatial railway network database is then used to estimate the other two coordinates. In this way, the accuracy of the railway network database is crucial for the integrated positioning system. Unfortunately, the necessary accuracy of the railway network database is not known. Additionally, the integrity and availability performance of GNSS-based train location system are also essential for the safety-critical railway control systems. The required navigation performances (RNP) for the safety-critical railway applications in terms of accuracy, integrity and availability are investigated. We test different accuracies of the track database for the integrated system. Based on the result, when the GPS is integrated with the track database, the accuracy, integrity and availability are improved. The higher the accuracy of the track database, the better the positioning accuracy is guaranteed. For the integrity and availability performance, the result shows that the medium accuracy of the track database is more cost-effective for the integrated system.     

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。     

北斗卫星导航系统双差网络RTK方法

针对北斗卫星导航系统常规实时动态差分(RTK)定位中,整周模糊度的快速解算和流动站位置信息的解算精度问题,该文研究了一种北斗卫星导航系统双频双差网络RTK方法,首先解算参考站网B1、B2载波相位整周模糊度,利用固定的参考站网载波相位整周模糊度计算参考站的观测误差,使用区域误差内插法计算流动站的综合误差影响,改正流动站的观测误差并进行流动站的整周模糊度解算,最后使用实测数据进行算法实验。实验结果表明,该文的方法可以利用北斗卫星导航系统双频观测数据实现网络RTK流动站的厘米级定位。     

北斗区域导航系统的PPP精度分析

北斗卫星导航系统的开放运行为其在高精度领域的应用提供了可能,系统精密单点定位性能受到了极大关注。本文首先介绍了北斗区域导航系统的星座和BDS/GPS跟踪网,分析了基于国内布站定轨的北斗卫星精密轨道和钟差精度。在此基础上研究了北斗区域导航系统静态、动态精密单点定位精度,并与GPS定位结果进行比较。实测算例表明:北斗精密单点定位可以实现静态厘米级、动态分米级的定位精度,达到目前GPS精密单点定位水平。     

北斗卫星精密轨道与钟差精度分析

针对北斗卫星导航系统的卫星姿态模型、天线相位中心改正及卫星定轨数据处理策略未统一的现状,该文对比分析了武汉大学和德国地学研究中心提供的北斗事后精密轨道和钟差产品的差异及精度,结合实测数据,通过分析精密单点定位的定位精度来比较两中心精密轨道和钟差的差异。实验结果表明:北斗卫星的精密轨道精度与轨道类型有关,地球静止轨道(GEO)卫星的轨道精度为米级,倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星的轨道精度为分米级,中地球轨道(MEO)卫星切向、法向和径向的精度分别为10.81、5.41和3.37cm;GEO卫星钟差精度优于0.38ns,IGSO卫星钟差优于0.25ns,MEO卫星钟差优于0.15ns;两家分析中心产品的北斗静态精密单点定位的平面精度相当;北斗静态精密单点定位的RMS统计值平面精度优于3cm,三维精度优于7cm。