接收机天线相位中心改正对Galileo定位精度的影响分析

针对接收机天线相位中心与天线参考点ARP不一致引起的测量误差,从距离域和位置域分析其对定位精度的影响.同时,顾及IGS未提供接收机端Galileo天线相位中心改正,采用GPS的天线相位中心改正近似替代,并进行精密单点定位和静态相对定位.结果表明,天线相位中心偏差引起测距的误差可达1 dm,应当改正;采用近似PCO与PCV改正后,PPP垂向偏差由dm-cm级提高到mm级,不同接收机天线相对定位的垂向偏差由cm级提高到mm级,近似替代策略可明显改善Galileo精密定位的精度.     

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。     

GNSS测量型接收机检定规程中天线相位中心偏差检测门限设置的探讨

天线相位中心是指微波天线的电气中心,其设计中心与天线几何中心不一致。天线相位中心最大平均偏差可达数厘米,为此,需对GNSS测量型接收机天线相位中心偏差进行标定。目前国内GNSS测量型接收机的检定规程中,天线相位中心采用室外天线旋转法进行标定,并以GNSS测量型接收机标称精度中所谓的“固定标准差”作为阈值进行判定。笔者认为GNSS测量型接收机标称精度中的固定标准差与星历类型、数据处理软件、观测时间长度、天线相位中心偏差等因素相关,不能作为天线相位中心偏差的检测门限;天线相位中心偏差有独立的指标要求,也有独立的精确检测方法,因此建议按照天线相位中心偏差的指标要求作为检测门限。     

天线相位中心改正模型对PPP参数估计的影响

比较了IGS发布的相对天线相位中心改正模型与绝对天线相位中心改正模型,分析了两种不同模型对精密单点定位（PPP）参数估计的影响。结果表明,采用不同的天线相位中心改正模型,天顶对流层延迟（ZPD）的估值存在5mm左右的差异,接收机钟差参数存在3ns左右的差异,估计的测站坐标高程方向有1cm左右的差异。使用绝对天线相位中心模型估计得到的ZPD精度优于5mm,高程方向定位精度约为1cm,接收机钟差估计的精度达0.1ns。     

北斗天线相位中心偏差改正对精密单点定位的影响

利用厂商模型、MGEX模型和ESA模型对BDS卫星天线相位中心偏差进行改正，结果表明，3种模型对BDS精密单点定位精度均有所提升，其中，水平方向提升1～2 cm，高程方向定位精度由1 dm提升为厘米级，ESA模型优于另外两种模型。利用GPS接收机天线相位中心偏差改正值对BDS接收机天线相位中心偏差进行改正，其精度改善情况随天线类型的不同而存在差异，水平方向精度影响为毫米级，高程方向与天线类型有关，精度影响最大可达厘米级。     

导航卫星天线相位中心变化估计及对LEO精密定轨影响

精确标定导航卫星发射天线相位中心对于高精度GNSS(globalnavigationsatellitesystem)数据处理十分重要,对于低轨卫星(lowearthorbit,LEO)精密定轨更是如此。本文以GPS为例,首先探讨了一种基于LEO简化动力学精密定轨残差建模的方法,对导航卫星发射天线相位中心变化(phasecentervariation,PCV)进行标定,与IGS08_1745.atx(internationalGNSSservice,IGS)的PCV比较结果表明,本文所得PCV在天底角低于14°部分与IGS的PCV差异约1mm,并且有效地将天底角(nadirangle)拓展至17°;最后采用多种方案讨论了导航卫星PCV对JASON2精密定轨的影响。结果表明,导航卫星PCV可导致1～2cm的定轨误差。其中利用本文所得PCV可实现3DRMS约3cm、径向约1cm的定轨精度,与采用IGS的PCV定轨精度相当,本方法可为北斗卫星发射天线相位中心变化的标定提供参考。     

几种典型接收机天线相位中心改正计算

由于天线本身的特性及机械加工等原因,GPS卫星和接收机天线相位中心与其几何中心不重合,从而产生相位中心偏差。某些类型的天线该偏差甚至可达数cm,直接影响高精度GPS测量的精确可靠性。IGS改正模型文件中给出的是每隔5°方位角和天顶角时的天线相位中心变化改正值,本文用VS程序设计通过线性内插算法获得任意方位角和天顶角下的相位中心变化改正值。     

GPS天线相位中心改正方法研究

由于天线本身的特性及机械加工等原因,GPS卫星和接收机天线相位中心与其几何中心不重合,从而产生相位中心偏差。某些类型的天线该偏差甚至可达数cm,直接影响高精度GPS测量的精确可靠性[1]。讨论了GAMIT软件在高精度GPS数据处理中进行天线相位中心改正的原理、方法和策略,结合美国IGS观测站及南加州区域站观测数据,对改正方法及策略进行了实验对比与分析。结果表明:对接收机天线相位中心和卫星天线相位中心采用模型改正,而卫星天线相位中心偏移不改正,所得到的基线解算结果较好[2];地面接收机天线方位角的变化对U方向的基线解算结果有较大影响,在高精度GPS测量中,必须进行天线方位角的变化改正。     

GNSS天线相位中心模型的演变

介绍了GNSS天线相位中心改正的基本概念和定义,分析了相位中心偏差（PCO）和变化（PCV）的改正公式,以及天线相位中心改正从相对相位中心模型到绝对相位中心模型的演变,最后结合软件对相位中心改正的实现方法进行了介绍。     

资源三号01星及02星星载GPS天线PCO、PCV在轨估计及对精密定轨的影响

资源三号01星与02星作为我国重要的遥感立体测绘卫星,承担了地理产品生产以及国土资源调查等任务。其中,高精度的卫星轨道确定是完成卫星任务的必备条件。资源三号01星与02星都搭载国产双频GPS接收机和SLR反射器来进行精密定轨和独立定轨精度检核。在定轨过程中,星载GPS接收机天线的PCO误差和PCV误差是制约进一步提高定轨精度的重要因素。尽管卫星入轨前获取GPS接收机天线的PCO先验值,本文通过在轨估计PCO,分析了PCO各个方向上的分量估计的可行性,发现通过使用在轨PCO,SLR检核显示ZY-3 01星和ZY-3 02星轨道RMS值分别提高了0.331 mm、0.399 mm。本文利用直接法和残差法估计了两颗卫星星载GPS接收机天线的PCV模型,整体量级在[-15 mm 15 mm]。通过使用在轨估计的PCV模型（10°×10°）,ZY-3 01星SLR检核结果RMS值提高了2.143 mm（直接法模型）、1.628 mm（残差法模型）,重叠弧段对比在三维位置上提高了11.377 mm（直接法模型）、13.903 mm（残差法模型）,ZY-3 02星SLR检核结果RMS值提高了0.727 mm（直接法模型）、0.692 mm（残差法模型）,重叠弧段对比在三维位置上提高了1.736 mm（直接法模型）、1.548 mm（残差法模型）。本文进一步探讨了PCV模型分辨率（10°×10°,5°×5°,2°×2°）对精密定轨的影响,在综合考虑计算效率、存储空间、提高幅度等因素后,发现使用残差法在轨估计5°×5° PCV模型是较好的选择。     

基于北斗的精密单点定位估计对流层天顶延迟精度分析

通过全球导航卫星（GNSS）系统获取对流层天顶延迟对于气象和电波折射修正具有重要应用价值。利用自主研发的静态精密单点定位软件CRPPP,基于国际GNSS地球动力学服务局（IGS）发布的北斗系统（BDS）精密星历和精密钟差,给出了BDS估算天顶延迟结果。以IGS发布的全球定位系统（GPS）结果为参考对比,BDS估算天顶延迟结果平均偏差优于5mm,均方根误差（rms）优于2．3cm．同时,给出了西沙地区GPS与BDS估计结果,结果表明：利用北斗系统估计的对流层天顶延迟精度与GPS相当。     

GNSS接收机天线相位中心变化相对检测方法

在精密定位中,GNSS接收机天线相位中心变化是必须进行改正的影响因素。目前成熟的微波暗室法和自动机器人法,对于一般用户而言,不具备相关实验条件,而野外相对法相对简单、易操作。为此,本文利用相对检测法,对GNSS接收机天线相位中心变化进行检测。实例表明,此方法可获得精度优于±3 mm的检测结果,因此可利用此方法对其他类型天线PCV值进行检测,也可借鉴此方法对北斗接收机天线相位中心变化进行检测。同时论文分析了影响检测精度,提出了有益改进建议。      

北斗卫星伪距偏差标定及对用户定位精度影响

伪距偏差是指卫星导航信号非理想特征导致的不同技术状态接收机产生的伪距测量常数偏差。本文将伪距偏差作为一种用户段误差,提出基于并置接收机的伪距偏差计算方法和基于DCB参数的伪距偏差计算方法,以实现伪距偏差与其他误差的分离。然后利用实测数据测量了北斗卫星伪距偏差,结果表明伪距偏差标定序列波动STD约为0.1 m,不随时间明显变化,不同地点接收机测量的伪距偏差具有较好的一致性。在1.5 G频段,北斗卫星B1I频点伪距偏差最大。北斗卫星新体制信号B1C伪距偏差最小,较北斗卫星B1I频点伪距偏差明显改善,也明显好于GPS卫星L1C/A频点伪距偏差。在其他频段,GPS卫星L2C伪距偏差略大于北斗卫星B3I伪距偏差,L5C频点伪距偏差次之,B2a频点伪距偏差最小。最后,利用实测数据分析了伪距偏差对定位精度的影响。结果表明伪距偏差与卫星群延迟参数高度相关。若用户接收机与群延迟参数计算采用的接收机技术状态差异较大,用户接收机定位精度将明显恶化。     

BDS/GPS组合天顶对流层延迟的精度分析

在现有的精密轨道和钟差条件下,选取8个MGEX跟踪站2014年6—9月的观测数据,详细分析利用BDS/GPS组合PPP法在未固定跟踪站坐标和固定跟踪站坐标情况下估计ZTD的效果,并与IGS提供的对流层产品对比分析。实验分析表明,利用PPP法估计ZTD,BDS ZTD现阶段的STD优于34mm,GPS ZTD与BDS/GPS组合现阶段的STD相当,均优于14mm。与未固定跟踪站情形下估计的BDS ZTD相比,固定跟踪站坐标的方式虽然可以提高利用BDS估计ZTD的稳定性,但不能提高精度。     

Tests of phase center variations of various GPS antennas, and some results

Phase variations of GPS receiving antennas are a significant error component in precise GPS applications. A calibration procedure has been developed by Geo++ and the Institut für Erdmessung, which directly determines absolute phase center variations (PCVs) without any multipath influence by field measurements. The precision and resolution of the procedure allows the determination of reliable azimuthal variations. PCV may affect long-term static GPS differently than real-time GPS, depending on the applications. At the same time, different antenna types are involved. Less investigations have been done on absolute PCV of rover antennas than on geodetic antennas which, however, becomes more important due to the mixed antenna situation in GPS reference networks and RTK networks. The concepts of the absolute PCV field calibration are summarized and emphasis is placed on a variety of absolute PCV patterns of geodetic and rover antennas. Electronic Publication     

基于载波相位差分的多频多GNSS测速精度评估

基于载波相位历元间差分测速方法,建立了全球卫星导航系统（global navigation satellite system, GNSS）单点测速的数学模型,分析了其误差源,并结合实测数据对多GNSS系统各频点及其无电离层组合、不同系统组合的测速精度进行了对比分析。实验结果表明：不同系统不同频点的测速精度有所差异,BDS(BeiDou navigation satellite system)的B1I、B1C、B3I、B2a频点和Galileo(Galileo positioning system)的E1、E5a、E6、E5b、E5频点的测速精度相当,水平方向优于1.5 mm/s,高程方向优于3 mm/s;BDS的B2I和GPS的L1、L2、L5频点的测速精度相当,水平方向在1.5～2 mm/s,高程方向在3～4mm/s;GLONASS(globalnavigationsatellitesystem)的G1、G2频点测速精度最差,水平方向在3～4 mm/s,高程方向在5～5.5 mm/s;双频无电离层组合由于放大了观测值噪声,其测速精度低于单频。此外,多GNSS组合增加了可见卫星数,降低...     

Generation of a consistent absolute phase-center correction model for GPS receiver and satellite antennas

The development and numerical values of the new absolute phase-center correction model for GPS receiver and satellite antennas, as adopted by the International GNSS (global navigation satellite systems) Service, are presented. Fixing absolute receiver antenna phase-center corrections to robot-based calibrations, the GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ) and the Technische Universität München reprocessed more than 10 years of GPS data in order to generate a consistent set of nadir-dependent phase-center variations (PCVs) and offsets in the z-direction pointing toward the Earth for all GPS satellites in orbit during that period. The agreement between the two solutions estimated by independent software packages is better than 1 mm for the PCVs and about 4 cm for the z-offsets. In addition, the long time-series facilitates the study of correlations of the satellite antenna corrections with several other parameters such as the global terrestrial scale or the orientation of the orbital planes with respect to the Sun. Finally, completely reprocessed GPS solutions using different phase-center correction models demonstrate the benefits from switching from relative to absolute antenna phase-center corrections. For example, tropospheric zenith delay biases between GPS and very long baseline interferometry (VLBI), as well as the drift of the terrestrial scale, are reduced and the GPS orbit consistency is improved.     

基于MGEX站多系统GNSS反演大气可降水量精度评估

2020年6月北斗卫星导航系统(BDS)完成全面组网,为分析其解算水汽信息的精度,选用15个MGEX (Multi-GNSS Experiment)测站2021年10月至11月的观测数据进行水汽反演. 利用GAMIT软件分别解算BDS、GPS、Galileo和GLONASS的观测数据,将得到的对流层天顶延迟(ZTD)与国际GNSS服务(IGS)发布的结果进行对比,并将解算的大气可降水量(PWV)分别与探空数据、ERA5数据计算得到的PWV对比. 实验结果表明:截止高度角设置为5°时,4个卫星系统估计的ZTD均方根 (RMS)均小于13 mm,GPS-PWV、BDS-PWV、Galileo-PWV、GLONASS-PWV与无线电探空可降水量(RS-PWV)相比,RMS平均值分别为2.25 mm、2.46 mm、2.52 mm和2.84 mm,RMS均小于3 mm;与ERA5-PWV相比,RMS平均值分别为1.63 mm、1.86 mm、1.76 mm和1.99 mm,RMS均小于2 mm. GPS探测水汽的精度最高,BDS探测水汽的精度低于GPS和Galileo,高于GLONASS,均满足气象学应用需求.      

Multi-GNSS precise point positioning (MGPPP) using raw observations

A joint-processing model for multi-GNSS (GPS, GLONASS, BDS and GALILEO) precise point positioning (PPP) is proposed, in which raw code and phase observations are used. In the proposed model, inter-system biases (ISBs) and GLONASS code inter-frequency biases (IFBs) are carefully considered, among which GLONASS code IFBs are modeled as a linear function of frequency numbers. To get the full rank function model, the unknowns are re-parameterized and the estimable slant ionospheric delays and ISBs/IFBs are derived and estimated simultaneously. One month of data in April, 2015 from 32 stations of the International GNSS Service (IGS) Multi-GNSS Experiment (MGEX) tracking network have been used to validate the proposed model. Preliminary results show that RMS values of the positioning errors (with respect to external double-difference solutions) for static/kinematic solutions (four systems) are 6.2 mm/2.1 cm (north), 6.0 mm/2.2 cm (east) and 9.3 mm/4.9 cm (up). One-day stabilities of the estimated ISBs described by STD values are 0.36 and 0.38 ns, for GLONASS and BDS, respectively. Significant ISB jumps are identified between adjacent days for all stations, which are caused by the different satellite clock datums in different days and for different systems. Unlike ISBs, the estimated GLONASS code IFBs are quite stable for all stations, with an average STD of 0.04 ns over a month. Single-difference experiment of short baseline shows that PPP ionospheric delays are more precise than traditional leveling ionospheric delays.     

Absolute phase center corrections of satellite and receiver antennas

Results of the estimation of azimuth-dependent phase center variations (PCVs) of GPS satellite antennas using global GPS data are presented. Significant variations of up to ±3–4 mm that are demonstrated show excellent repeatability over eight years. The application of the azimuthal PCVs besides the nadir-dependent ones will lead to a further reduction in systematic antenna effects. In addition, the paper focuses on the benefit of a possible transition from relative to absolute PCVs. Apart from systematic changes in the global station coordinates, one can expect the GPS results to be less dependent on the elevation cut-off angle. This, together with the significant reduction of tropospheric zenith delay biases between GPS and VLBI, stands for an important step toward more consistency between different space geodetic techniques.