BDS/GPS/GLONASS组合单历元姿态测量性能对比分析

相比于单一卫星导航系统,多卫星导航系统组合具有显著增加可用卫星数目、改善卫星空间几何结构等优点,因而多卫星导航系统组合应用成为近年来关注的热点。在复杂观测条件下,利用BDS/GPS/GLONASS组合进行载体姿态测量具有单系统无法比拟的优势。首先阐述了BDS/GPS/GLONASS组合超短基线解算的双差模型以及姿态测量基本原理;然后分析了BDS/GPS/GLONASS组合多频单历元姿态测量性能。通过实测静态数据设置不同高度截止角进行分析表明:相比于单系统及双系统组合的姿态测量,BDS/GPS/GLONASS组合能够有效地提高姿态测量的精度、稳定性和可用性。当运动载体处于高楼、峡谷等受遮挡严重的复杂环境时,BDS/GPS/GLONASS组合单历元姿态测量更具有应用价值。     

BDS/GPS组合单历元相对定位性能分析

阐述了BDS/GPS组合单历元解算数学模型的相关理论,并进行了相应的公式推导;通过BDS、GPS单系统以及组合系统从不同基线长度、不同截止高度角等方面分析动态解算性能。实验结果表明:(1)在江苏地区,BDS系统可提供单历元至少8颗卫星,从可见卫星数量和可观测时长角度来看,BDS对BDS/GPS导航定位具有重要的贡献;(2)组合BDS/GPS系统单频RTK相比GPS RTK在截止高度角较高的情况下仍可以单历元固定模糊度,且模糊度的固定率和成功率超过90%;(3)对于6km以下的短基线,组合系统定位精度优于单系统,其在平面方向优于1cm,高程方向优于3cm。     

基于GAMIT对国家GNSS基准站进行的北斗基线解算分析

以国家GNSS站的多系统观测数据为研究对象,旨在以单系统解算为研究视角,通过GAMIT软件对BDS/GPS数据进行单系统解算的方法,力图为利用BDS/GPS做基线解算提供参照。实验结果表明,BDS基线解算的相对精度与GPS相当;单BDS数据解算的基线东西方向精度10～12 mm,较单GPS数据解算的基线东西方向精度低42%,高程方向的单BDS基线中误差25 mm,是单GPS基线高程方向中误差的2倍;而组合双系统解算能有效提升基线U方向的精度,提升1 cm左右。文中认为目前利用BDS进行基线解算的精度尚不与GPS精度相当,在利用北斗系统进行高精度定位中,还有许多问题值得探讨。     

信号易遮挡环境下BDS/GPS系统定位性能分析

通过设置不同的截止高度角来模拟卫星信号受遮挡的情况,并以某CORS网4.8 km与5.1 km的2条基线为例,对截止高度角为10°～60°的遮挡情况下,GPS/BDS系统相比单GPS系统、单BDS系统在单历元双频基线解算时的卫星可见性、模糊度固定、定位精度等定位性能的改善情况进行了对比分析。结果表明GPS/BDS组合系统相对单系统,极大改善了卫星的可见性,提升了模糊度的固定率、正确率,在截止高度角为50°、60°的极端条件下,GPS/BDS组合系统单历元基线解算精度在E、N方向仍可达10.0 mm左右,在U方向仍可达20.0 mm左右。     

BDS/GPS短基线解算的随机模型研究

针对BDS轨道高度存在差异进而影响短基线解算结果的问题,该文利用两组实测数据,研究BDS和BDS/GPS组合系统的短基线解算精度及可靠性,并探讨4种随机模型的性能。结果表明,BDS和BDS/GPS组合系统短基线解算精度能够达到厘米级,且模糊度解算的可靠性更高;4种随机模型性能相当,随着基线长度增加,MINQUE模型的优势降低;不同类型卫星轨道高度差异较大,高度角模型不适宜BDS和BDS/GPS组合系统短基线解算。     

BDS/GPS组合基线解算软件开发及精度分析

主要论述了BDS/GPS组合的理论,基于VC++6.0开发了BDS/GPS组合基线解算软件,详细介绍了该软件的设计思路及主要功能。利用多组实例数据比较了单系统与双系统在伪距单点,伪距双差和载波双差方面的精度差异,全面分析了解算结果,从而验证了该软件的正确性,并得出了有益结论。     

BDS／GPS中长基线宽巷准厘米级RTK算法

针对常规实时动态（RTK）定位技术中长基线初始化时间较长、定位结果不稳定的问题，提出了一种基于部分模糊度固定策略的BDS/GPS宽巷卡尔曼滤波RTK定位方法，从充分发挥宽巷观测值波长较长和宽巷模糊度易于固定的优势，避免低高度角卫星对模糊度解算的影响，从而提高中长基线情况下的模糊度固定率. 同时采用附加宽巷模糊度参数的卡尔曼滤波方法计算浮点解，以固定高于设置模糊度解算截止高度角的卫星进行定位，并解算电离层活动较剧烈的25~76 km的中长基线. 通过3组试验，结果表明，BDS/GPS双系统联合定位宽巷模糊度固定率均接近100%，76 km基线模糊度固定率达到99.9%，定位精度达到厘米级或准厘米级.      

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。     

不同高度截止角下BDS/GPS定位分析

研究了BDS/GPS联合RTK定位的理论和算法,主要包含了BDS/GPS组合系统在不同高度截止角下的可视卫星数与PDOP值的比较;BDS与GPS观测量精度的初步评估;双频联合RTK定位的模糊度解算和定位性能的分析等。得出如下结论:BDS/GPS组合系统的可视卫星数相对单系统明显增多,PDOP值减小,在大高度截止角下,其空间几何强度依然很高;随着高度截止角的增大,BDS与GPS受多路径影响明显减弱,其中GEO卫星受多路径影响最大;BDS观测量精度与GPS相当。BDS/GPS双频联合定位的定位精度相对于GPS或BDS虽没有明显提高,但在大高度截止角下,依然可以成功固定模糊度并实现高精度定位。这将显著改善GPS或BDS单系统双频RTK定位在受遮挡环境下的可用性和可靠性。     

BDS/GPS单历元多频定向算法性能对比

针对多频多系统定向的不同需求,该文采用了BDS/GPS单历元双差非组合定向算法以及附有基线长约束的最小二乘降相关平差模糊度固定方法。4组实测数据的处理结果表明,单频GPS、单频BDS的模糊度平均固定成功率分别为55.9%、84.3%;单频双系统、多频(双频三频)单系统及多频(双频或三频)双系统定向时,其模糊度固定成功率均可达98%以上;在模糊度固定正确的情况下,BDS/GPS组合定向的精度最高,且与单GPS较为相近,但两者都略高于单BDS,频率差异所带来的精度差异并不明显。