北斗二代导航卫星系统地壳运动监测能力

为了评估北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system, BDS）监测中国大陆地区地壳变形的技术能力,利用GAMIT/GLOBK软件处理了2017—2019年中国大陆构造环境监测网络23个基准站的全球定位系统（global positioning system, GPS）与BDS-2双模观测数据。结果显示,北斗二代的水平和垂向单日测站定位精度分别约为5~7 mm和13 mm,基线相对定位精度水平分量达到3~4 mm+（1~2）×10-8,水平位移速度测定精度约为0.6 mm/a。北斗二代的精密定位水平大致与20世纪90年代初GPS相当,可用于测定大尺度的板块运动及板内变形,但受卫星星座和定轨精度限制,不能准确反映季节性变动状态。作为对现有GPS监测的补充,可将基准站3年尺度的地壳运动监测精度最多提高20%。     

北斗相对定位精度分析

北斗卫星导航系统区域建设已经完成,并正式向我国及周边国家提供导航定位服务,其精密定位精度是目前最为关注的问题之一。研究了GNSS载波相位相对定位模型,对两条多天的实测BDS/GPS数据进行了处理,对BDS的精密相对定位精度进行了分析,并与GPS精密相对定位结果进行了比较。实验结果表明:对于10km长的基线,BDS精密相对定位平面精度优于2.5cm,垂向精度优于5cm,三维精度略低于GPS。     

基于BDS PPP技术的超高层建筑变形监测

超高层建筑变形监测是后续超高层建筑维护与修缮的重要内容．目前我国北斗卫星导航系统（BDS）已被广泛应用于建筑物的变形监测,本文利用BDS精密单点定位技术(PPP),根据高频超高层建筑BDS变形监测数据,以静态网解算三维坐标为基准,分析超高层建筑复杂环境下BDS数据质量、PPP定位精度以及超高层变形趋势．研究结果表明,在监测时间段内,BDS卫星数多于GPS,空间几何分布精度略低于GPS,观测时间达1 h以上开始收敛,水平向定位精度可以达到1 cm,竖直向定位精度可以达到2 cm,能满足超高层建筑变形监测的精度要求,可为今后的超高层建筑变形监测提供一种新的技术手段．      

广西区域现今地壳运动与应变的GPS监测分析

利用GAMIT/GLOBK软件分析了1998-2010年间多期GPS观测数据,获得了ITRF2005框架下广西区域现今地壳运动三维速度场和应变场参数,并对区域形变场和现今构造运动动力学机制进行了初步讨论。GPS监测结果显示:广西区域现今地壳运动随华南块体作南东东方向的逆时针构造运动,ITRF2005框架下水平方向平均速率为33.49 mm/a,优势方向为N 109.3° E;垂直方向平均速率为+1.30 mm/a,整体趋势是自桂东向桂西方向垂向速率逐步增加。现今应变状态以N 127.3°±4.8° E挤压为主,最大主压应变率-2.7±0.5×10^-9/a;兼有N 37.3°±4.8° E方向的拉张作用,最大主张应变率1.8±0.2×10^-9/a。本文研究结果为描述广西区域现今地壳运动提供了一个更加精细的三维速度场。     

GPS/GLONASS组合精密单点定位研究

讨论了GPS/GLONASS组合精密单点定位的数学模型,并以IRKJ跟踪站的观测数据为例,分别利用GPS和GPS/GLONASS组合两种方式进行精密单点定位解算。计算结果表明,当GPS观测卫星数较多(9~10颗)时,组合GPS/GLONASS较单系统GPS的精密单点定位精度及收敛速度有一定改善,但效果不明显。当GPS卫星数较少(4~5颗)时,引入GLONASS卫星进行GPS/GLONASS组合精密单点定位,其定位精度及收敛速度较单系统GPS精密单点均有显著改善。     

Android移动终端单频BDS/GPS实时PPP技术研究

针对Android移动终端定位精度较差的问题,该文对Android框架结构进行了研究,提出了基于Android移动终端实时BDS/GPS双系统精密单点定位(PPP)方法。利用Android studio 2.2.2、Java语言及JNI技术,对终端GNSS驱动进行开发,成功通过串口读取北斗移动终端RTCM MSM4原始卫星观测数据,并在硬件抽象层进行网络实时差分数据解析、文件读取和输出,最终实现增强定位。在移动终端上运行BDS/GPS实时PPP软件,分析定位结果显示双系统单频精密单点定位精度N、E方向0.6m左右,U方向1.5m左右。     

一种联合多历元观测信息的GPS/BDS组合单点定位方法

在GPS/BDS组合单点定位中,定位精度受观测信息量影响很大,但观测时段中不可避免地会有个别历元观测信息过少,导致这些历元的定位精度很差。基于此,本文提出了一种联合多历元观测信息的GPS/BDS组合单点定位方法,以弥补单历元方法中单个历元观测信息量不足的缺点。利用开阔环境和遮挡环境下的观测数据进行分析,结果表明,在GPS单系统、北斗单系统及GPS/BDS组合系统单点定位中,多历元方法的定位精度均优于单历元方法。     

广西区域现今地壳运动构造特性研究

利用多期GPS观测资料计算了广西区域ITRF2000框架下的三维速度场、主应变参数及区域参考框架下的三雏形变速率和形变运动趋势,研究了该区域现今地壳运动速度场及内部形变规律.结果表明,广西区域随同南华亚板块作SE-NW方向的逆时针运动,在ITRF2000框架下的东西向速率为29.3 mm/a,南北向速率为-13.4 mm/a,垂向平均速率为2.3 mm/a;区域内部现今地壳运动的形变量较大(约4 mm/a),主张应变率(5.48×10-9/a)大于主压应变率(3.70×10-9/a),地壳应变表现为拉张为主,主应变轴为N43.19°E.     

BDS混合星座两两组合单点定位研究

为对BDS不同星座定位性能进行分析,本文以多个MGEX跟踪站观测数据作为实验数据,采用RTKLIB软件,分别进行了GEO/IGSO、GEO/MEO、MEO/IGSO 3种组合B1I、B3I频率伪距单点定位和B1I/B3I组合频率精密单点定位实验。实验结果表明,MEO/IGSO组合卫星可用性最优,3种星座组合伪距单点定位精度较优,除个别情况外,水平定位精度优于1 m,高程定位精度优于2 m。GEO/IGSO组合精密单点定位精度略差,GEO/MEO和MEO/IGSO精密单点定位相当,但定位精度都可以达到厘米级,可为今后研究BDS不同星座定位性能研究提供一定参考。     

BDS精密相对定位精度的GAMIT分析北大核心CSCD

为了验证GAMIT用于BDS精密相对定位的可靠性与精度,该文以BDS短基线和长基线实测数据,基于GAMIT软件的不同解算策略进行BDS精密相对定位实验。由实验结果可知,GAMIT用于BDS短基线解算,相对于GPS在水平方向基线分量差值优于3mm,在高程方向基线分量差值优于3mm;GAMIT用于BDS长基线解算,相对于GPS在水平方向的基线分量差值优于6mm,在高程方向基线分量差值优于1.3cm。研究结果表明,GAMIT可用于BDS的精密定位解算且精度较高。     

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。     

BDS/GPS精密单点定位收敛时间与定位精度的比较

采用武汉大学卫星导航定位技术研究中心发布的北斗精密卫星轨道和钟差,在TriP 2.0软件的基础上实现了BDS PPP定位算法,并利用大量实测数据进行了BDS/GPS静态PPP和动态PPP浮点解试验。结果表明,BDS静态PPP的收敛时间约为80min,动态PPP的收敛时间为100min;对于3h的观测数据,静态PPP收敛后定位精度优于5cm,动态PPP收敛后水平方向优于8cm,高程方向约12cm;与GPS PPP类似,东分量上定位精度较北分量稍差。当前由于BDS的全球跟踪站有限,精密轨道和钟差精度不如GPS,因此BDS PPP的收敛时间较GPS长,但收敛后可实现厘米至分米级的绝对定位。     

GPS、BDS、GPS+BDS精密单点定位精度评估

由于北斗系统卫星正式完成组网,因此有必要对BDS系统性能进行精度评估与分析。本文选取了MGEX网所采集的31 d观测数据,对比分析了GPS、BDS、GPS+BDS不同情况下静态与动态精密单点定位精度。试验结果表明,GPS和BDS单系统静态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于4、4、7 cm;GPS+BDS组合系统静态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于3、3、6 cm;GPS单系统动态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于5、5、10 cm;BDS单系统动态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于5、6、12 cm;GPS+BDS组合系统动态PPP在N、E、U方向上的精度分别优于4、4、8 cm。因此组合系统相对于单系统可提高定位的稳定性和定位精度,尤其在动态PPP的情况下,组合系统的优势更为明显。     

GNSS多系统动态精密单点定位性能分析

文中在GPS精密单点定位（PPP）理论与方法的基础上,给出了多系统组合的精密单点定位技术观测模型,采用GPS、GLONASS、GALILEO、BDS 四大卫星导航定位系统的实测数据,研究并分析了四系统组合PPP的定位性能。结果表明,多系统PPP精度较单系统有很大提高,GPS+GLONASS+GALILEO+BDS四系统组合动态PPP在三个方向平均偏差约为0.7 cm、0.6 cm和1.7 cm,收敛时间为15～20 min左右,并且多系统PPP在截止高度角增大时,依然有充足的卫星数量,当截止高度角达到30°时,依然能达到cm级定位精度,对机载动态数据进行PPP解算结果显示,四系统组合解算的结果与利用GrafMov的解算结果符合得最好,优于其他双系统和单系统PPP的精度。      

BDS/GPS组合精密单点定位精度分析与评价

精密单点定位（precise point positioning,PPP）已经广泛应用于许多领域,如测绘、交通、导航、地震监测等。近些年来,随着卫星数量的增多,多系统组合呈现越来越明显的趋势。利用全球MGEX（Multi-GNSS Experiment）网数据研究了BDS（BeiDou navigation satellite system）/GPS（global positioning system）组合精密单点定位技术,并与BDS单系统和GPS单系统进行了对比。结果表明,在静态定位中,BDS PPP在E、N、U方向的均方根误差分别为4.35 cm、3.01 cm、6.40 cm;GPS PPP在E、N、U方向的均方根误差分别为1.21 cm、0.48 cm、1.79 cm;BDS/GPS组合PPP在E、N、U方向的均方根误差分别为1.21 cm、0.50 cm、1.87 cm。在动态定位中,BDS PPP外符合精度水平方向优于10 cm,高程方向优于15 cm;GPS PPP和BDS/GPS组合PPP的外符合精度水平方向均优于5 cm,高程方向均优于8 cm。另外,无论是在静态还是动态的PPP中,组合系统相对于单系统,能大大缩短收敛时间,减少定位结果抖动,尤其是相对于BDS PPP来说,优势更为明显。     

一种高精度北斗基线解算软件的研制与性能分析

针对高精度载波相位相对定位解算的需求,研制了北斗基线解算软件BGO（BeiDou Navigation Satellite System/Global Positioning System Office）。BGO能单独处理北斗及GPS数据,也可以将北斗与GPS观测数据进行联合解算。结合一高速铁路基础平面控制网（basic plane control network,CPI）的测试表明,BGO解算北斗基线X、Y、Z方向的分量精度分别优于1 mm、2 mm、1 mm,能满足高精度高速铁路CPI控制网的要求;BGO处理GPS数据的精度与TGO（Trimble Geomatics Office）软件、Bernese软件基本一致,处理北斗与GPS联合基线性能与TBC（Trimble Business Center）软件相当。相比独立系统,联合处理北斗和GPS数据能有效提高基线解算合格率与精度。     

Android智能手机GNSS定位性能分析

随着全球卫星导航系统(GNSS)的发展和移动通信技术的进步,用户对位置服务(LBS)提出了更高的要求. 本文采用市面上常见的两部Android智能手机采集GNSS数据,对Android智能手机伪距单点定位(SPP)和单频精密单点定位(PPP)算法进行研究,分析了在不同条件下智能手机的SPP、单频PPP定位性能. 结果表明:在使用多普勒平滑伪距和信噪比随机模型的基础上,Android智能手机GPS单系统的SPP定位精度可达3 m,GPS、Galileo、GLONASS、北斗卫星导航系统(BDS)四系统定位精度可达亚米级. 在单频PPP静态定位中,在GPS单系统下,定位精度仅能达到米级,且收敛时间较长;在GPS、Galileo、GLONASS、BDS四系统下,定位精度可达亚米级,且平面方向可在40 min内收敛. 在单频PPP动态定位中,手机的定位精度仅能达到米级.      

GPS/BDS/Galileo三频精密单点定位模型及性能分析

在精细考虑伪距和载波相位硬件偏差时变特性的基础上,导出了更为严谨的非差非组合观测方程,并给出了非组合模式下两类GNSS偏差的数学表达形式。基于此,本文详细研究了3种常用的三频精密单点定位(PPP),即无电离层两两组合IF1213、单个无电离层组合IF123与非组合UC123函数模型的独立参数化方法,系统分析了3种PPP模型的相互关系以及GPS/BDS/Galileo三频静、动态PPP定位性能。结果表明,静态PPP收敛后定位精度水平方向优于1.0 cm,高程优于1.5 cm;动态PPP水平方向优于2.0 cm,高程优于5.0 cm;三频PPP的定位性能与双频PPP基本相当。     

3种GPS+BDS组合PPP模型比较与分析

无电离层组合和非组合模型是GNSS精密单点定位(PPP)常用的两种函数模型。本文通过详细分析PPP的两种函数模型各类参数间的相关特性,建立了参数独立的函数模型。对非组合PPP模型的电离层参数引入虚拟观测方程进行约束,有效提高了PPP的收敛速度。最后,从定位精度和收敛时间两方面分析不同函数模型的GPS单系统和GPS+BDS组合PPP静态、模拟动态定位效果。结果表明:GPS单系统和GPS+BDS组合PPP定位精度相当,静态的无电离层组合与非组合PPP均可达到厘米至毫米级精度,动态PPP精度的平面优于3cm,高程优于5cm;无电离层组合PPP收敛时间优于非组合的PPP,电离层加权非组合PPP的收敛时间最短。动态定位中,电离层加权模型相比于无电离层组合模型,可减少约15%的收敛时间,相比于非组合模型,可减少约34%。     

BDS/GNSS融合精密单点定位性能分析

随着北斗卫星导航系统(BDS)的全球组网成功,基于BDS的应用研究正在如火如荼的进行中,尤其是包括BDS在内的多频多模融合定位正成为研究的重点. 利用MGEX (Multi-GNSS Experiment)多个测站的BDS、GPS、GLONASS、Galileo观测数据,基于RTKLIB开源代码,在Visual Studio 2017平台上进行了BDS/GPS、BDS/GLONASS、BDS/Galileo三种组合系统的精密单点定位(PPP)实验,从静态PPP、动态PPP、可见卫星数、精度衰减因子(DOP)等方面对比分析了三种组合系统的定位性能. 实验结果表明:BDS/GPS组合系统的可见卫星数最多,各DOP值最小,静态PPP收敛后三个方向的精度优于6 cm. 不论是静态PPP还是动态PPP,其定位性能都最好;BDS/GLONASS、BDS/Galileo组合系统动态PPP的定位抖动较大,可见卫星数都要小于BDS/GPS组合系统,收敛时间较长,两者的动态PPP定位性能也差于BDS/GPS组合系统.