卫星导航系统完备性指标SISA的计算和分析

根据GALILEO系统的完备性指标概念,采用基于轨道误差和卫星钟差协方差矩阵计算完备性指标的方法,利用GPS星历数据计算和分析了空间信号误差(SISE)和完备性指标(SISA)的变化和分布情况.结果表明,GPS卫星各分量中误差相差较大,对于不同的卫星应分别计算其完备性指标;不同GPS卫星的SISE随时间的变化幅度不同,呈明显的随机性;在中国区域内,SISA的变化具有一定的规律性,在低纬高经度地区SISA具有较小的数值,在同一高纬地区SISA的数值相近;针对GPS系统的SISA计算结果,GALILEO系统需大幅提高轨道和钟差预报精度才能满足生命安全服务要求.     

基于IGS精密星历的完备性监测指标SISA研究

在卫星导航定位系统中,空间信号精度SISA是反映完备性参数的重要指标之一。从SISE与SISA的基本概念出发,描述了SISA的计算算法,根据卫星星钟的不同,选取了不同类型的GPS卫星,并利用IGS精密星历,预报精密星历进行了SISE和SISA的计算,结果表明:IGR星历计算的SISA指标满足系统要求,SISA主要受卫星钟差的精度影响,不同原子钟类型的卫星计算出来的SISA值变化不大。该成果对于卫星导航的完备性监测数据处理具有参考意义。     

北斗三号空间信号测距误差评估与对比分析

北斗三号作为我国自主建设的全球卫星导航系统,其本身性能水平以及与其他卫星导航系统的性能对比情况,对后续推广应用具有重要影响。为此,本文以空间信号测距误差（signal-in-space range error,SISRE）作为系统关键性能指标,以GFZ提供的多系统精密轨道钟差作为标准,给出了卫星轨道、卫星钟差、SISRE的比对评估方法,并以2020年1—3月共3个月的实测数据,验证了北斗三号相对北斗二号的精度改进情况,并重点分析了北斗三号与GPS、Galileo、GLONASS之间的性能对比关系。结果表明：无论是卫星轨道还是卫星钟差,北斗三号的精度水平相对北斗二号都有了明显提高;北斗三号卫星轨道在R、T、N方向精度分别达到0.07、0.30、0.26 m,在4个全球系统中处于最优水平;卫星钟差精度达到1.83 ns,基本与GPS系统持平,优于GLONASS,但还略差于Galileo;在空间信号测距误差方面,如果仅考虑轨道误差,北斗三号SISRE（orb）平均达到0.08 m,紧随其后,Galileo达到0.26 m,GPS达到0.57 m,GLONASS达到0.98 m。如果综合考虑轨道和钟差误差,北斗三号SISRE平均达到0.50 m,稍逊于Galileo的0.38 m,略优于GPS的0.58 m,明显好于GLONASS的2.35 m。     

Galileo系统服务中断前后广播星历精度对比分析

2019年7月中旬发生的Galileo服务中断事件,在整个卫星导航发展史上都是较为罕见的重大事故。本文选取Galileo服务中断前后的广播星历,从纵向（利用中断前后29 d的数据）和横向（与其他主要系统进行对比）两个维度,通过卫星位置、速度、钟差、空间信号测距误差4个方面,对中断事件前后广播星历计算精度进行了较为全面的分析。结果表明：从纵向维度来看,服务中断前,Galileo健康卫星数发生剧烈变化,卫星钟差精度普遍发散,卫星位置、速度精度未发生明显异常,服务恢复后各项指标随之恢复正常。从横向维度来看,与GPS相比,Galileo系统目前在卫星位置速度精度、卫星钟差精度方面已表现出优于GPS的性能,在空间信号测距误差（SISRE）方面,Galileo轨道精度具有明显优势,平均SISRE达到0.27 m。GPS与BDS相当,GPS平均SISRE达到0.61 m,BDS的3类卫星MEO、IGSO和GEO分别达到0.76、0.58和0.68 m;QZSS的IGSO和GEO卫星平均SISRE分别达到0.85和0.99 m。GLONASS轨道精度稍差,平均SISRE为1.05 m。     

QZSS MICHIBIKI卫星实时轨道和钟差数据的精度评估

以日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)提供的精密星历为参考,对QZSS MICHIBIKI卫星发布的实时轨道和钟差数据进行了评估。数值结果表明,QZSS MICHIBIKI卫星的实时轨道精度优于11 cm,实时钟差优于0.56 ns;GPS卫星的实时轨道精度优于5 cm,实时钟差优于0.4 ns。通过比较得知,QZSS MICHIBIKI卫星的实时轨道和钟差精度明显低于GPS卫星。     

GALILEO系统仿真与分析

本文着重阐述了GALILEO仿真系统星座和误差模型的构建过程,利用该系统进行DOP值分析并通过定位解算验证了GALILEO系统的性能指标。通过与GPS系统性能指标进行比较,得出GALILEO系统的星座设计具有较好的DOP值分布特性,定位精度优于GPS定位精度。在进行差分定位时,其误差贡献比较大的是接收机噪声和卫星钟差,因此提高差分定位的关键是降低接收机的噪声水平和提高卫星钟差预报精度。     

GNSS广播星历轨道和钟差精度分析

为了对多个全球导航卫星系统（global navigation satellite system, GNSS）当前的广播星历精度进行一个全面的分析,对比了2014—2018年共5 a的GNSS广播星历与精密星历,并对全球定位系统（global positioning system, GPS）、格洛纳斯卫星导航系统（global navigation satellite system, GLONASS）、伽利略卫星导航系统（Galileo satellite navigation system, Galileo）、北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system, BDS）、准天顶卫星系统（quasi-zenith satellite system, QZSS）等5个系统的广播星历长期精度变化进行了分析。结果表明:5 a中GPS的广播星历轨道及钟差精度最稳定;GLONASS的广播星历轨道精度稳定性较好,但其钟差精度存在较大的离散度;Galileo得益于具备全面运行能力（full operational capability, FOC）卫星的大量发射及运行,其广播星历轨道、钟差精度大幅度变好,切向轨道、法向轨道与钟差精度已赶超GPS;BDS的广播星历轨道精度离散度较大,钟差精度出现不稳定现象;QZSS的广播星历轨道与钟差精度的稳定性与离散度相对最差。以2018年1 a的广播星历与精密星历为例分析了各个系统当前的广播星历精度,结果表明,当前GPS、GLONASS、Galileo、BDS、QZSS的考虑轨道误差与钟差误差贡献的空间信号测距误差（signal-in-space ranging error,SISRE）分别为0.806 m、2.704 m、0.320 m、1.457 m、1.645 m,表明Galileo广播星历整体精度最高,GPS次之,其次分别是BDS、QZSS和GLONASS。只考虑轨道误差贡献的SISRE分别为0.167 m、0.541 m、0.229 m、0.804 m、0.675 m,表明GPS广播星历轨道精度最高,其次分别是Galileo、GLONASS、QZSS和BDS。GPS卫星广播星历中新型号卫星的钟差精度总体要优于旧型号卫星。     

卫星导航系统基本完好性算法及性能分析

卫星导航系统基本完好性监测对象是基本导航电文,其算法模型有两种:一是用户伪距精度(URA)和实时用户距离精度(RURA);二是空间信号精度(SISA)和空间信号监测精度/完好性标示(SISMA/IF).通过对卫星导航系统基本完好性监测技术进行分析定义,研究了系统基本完好性的两种主流算法.分别在正常情况下、卫星钟差和轨道...     

BDS卫星实时钟差估计

随着无人驾驶等高新技术的快速发展，实时精密单点定位在GNSS领域中受到越来越多的关注。研究实时卫星钟差的获取和实时定位精度具有较大的现实意义，本文为研究耦合BDS卫星轨道、钟差产品对定位精度的影响，采用不同精度的轨道产品实时获取卫星钟差。分析了卫星钟差误差与轨道误差之间的相关性及钟差对轨道误差的吸收能力，发现卫星钟差能够吸收95%以上的轨道径向误差和部分切线误差，在一定程度上弥补了轨道误差引起的定位误差。采用耦合的卫星轨道、钟差产品，单BDS系统定位精度可达到分米级的定位结果。     

GPS/GALILEO组合系统可见卫星与GDOP的区域和时序分析

卫星星座方案的选择对导航定位精度具有很大影响。本文根据GALILEO系统的设计轨道参数模拟得到的GALILEO系统的卫星位置,分别计算了GPS系统、GALILEO系统和GPS/GALILEO组合系统在不同卫星截止高度角的情况下,全国范围内可见卫星和GDOP值的分布情况,并选择了北京、武汉和乌鲁木齐三个城市,连续观测24小时,分析了各城市的可见卫星和GDOP值随时间的变化规律。     

顾及不同天线相位中心改正模型的北斗空间信号精度评估方法

IGS各分析中心提供的北斗精密轨道和精密钟差产品可能因采用不同的天线相位中心模型而存在一定差异,其对精密产品之间的比较以及利用精密产品评估北斗空间信号精度会产生一定影响。首先利用实测观测数据深入分析了采用不同天线相位中心改正模型对精密轨道和钟差的影响规律,在此基础上提出了顾及不同天线相位中心改正模型的北斗空间信号精度评估方法,以欧洲定轨中心、德国地学中心、武汉大学提供的精密轨道和钟差作为参考,对北斗广播轨道、广播钟差以及空间信号精度进行了分析和比较。结果表明,在考虑了卫星天线相位中心改正模型的差异之后,采用不同分析中心提供的北斗精密轨道和精密钟差作为基准评估出的空间信号精度基本一致,地球同步轨道卫星优于1.68 m,倾斜地球同步轨道卫星优于0.78 m,中地球轨道卫星优于0.66 m,验证了所提出的评估方法的正确性。     

GALILEO系统完备性指标SISMA的计算和分析

利用GALILEO全球监测网络和中国地壳运动监测网络分别对GALILEO系统完备性指标SISMA进行仿真计算。结果表明,全球完备性监测SISMA结果不稳定,随地理位置的变化较大,不能满足局部地区的生命安全服务要求;利用适当布设的局域监测网络进行的SISMA局域监测数值稳定,变化较小,结果明显优于全球SISMA监测结果,可以满足生命安全服务要求,可信度达到100%。在我国进行局域SISMA监测,是对全球完备性监测进行的有效和必要补充,提高系统的可用性和定位可信度。     

北斗三号全球卫星导航系统空间信号精度评估

针对北斗三号 (BDS-3)正式开通后的空间信号精度情况,选取2020-08-01—2021-07-31共 1 a的混合广播星历数据,以德国波茨坦地学研究中心(GFZ)和武汉大学国际GNSS服务(IGS)数据中心(WHU)提供的精密星历为参考分别从轨道精度、钟差精度和空间信号测距误差(SISRE)来进行BDS-3的空间信号精度评估. 结果表明:BDS-3的轨道精度在径向(R)、切向(A)、法向(C)三个方向上分别优于0.100 m、0.405 m、0.547 m,钟差精度优于1.926 ns,仅受轨道影响的SISRE (orb)为0.134 m,SISRE为0.612 m. 地球静止轨道(GEO)卫星的SISRE为1.137 m,倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星和中圆地球轨道(MEO)卫星的SISRE相比GEO卫星分别减少36.3%、51.3%.      

伽利略系统定位精度与测站位置的关系

本文讨论了理想条件下GALILEO定位时 ,测站纬度与期望可观测卫星、大地高与钟差的相关性、定位精度、东西向与南北向定位误差之比的关系     

SBAS星历改正数及UDRE参数生成算法分析

星基增强系统(satellite based augmentation system,SBAS)通过地球同步轨道卫星实时播发导航卫星星历改正数和完好性参数,以提升用户定位精度和完好性.采用最小方差法解算GPS星历改正数,利用卡方统计进行改正数完好性检核,并依据星历改正数方差-协方差信息计算SBAS用户差分距离误差(us...