多模 GNS 统一定位关键技术研究及精度分析

在卫星定位中,观测环境的优劣对最终定位结果精度有着显著性影响,单GPS系统因为其可观测卫星颗数少和自身星座分布的共同影响,载波相位周跳频繁,定位解的误差大、可靠性低、稳定性差。本文对多模GNSS （ Global Navigation Satellite System ）解算中时空系统的统一,组合单点定位模型和差分定位模型等关键技术进行了研究,实现了多模GNSS组合定位,改善了卫星相对于测站的几何分布,环境适应性加强,使得定位精度、系统冗余度和可靠性大幅提高,最后使用车载数据进行实验验证。验证结果表明,多模GNSS观测卫星数相比单GPS系统而言,观测卫星数增加了2倍,PDOP值降低了42％,极大地提高了差分定位解的成功率,固定解比例提高了18．3％。这充分说明了多模GNSS统一定位的可行性和优越性。     

多模GNSS统一定位关键技术研究及精度分析

在卫星定位中,观测环境的优劣对最终定位结果精度有着显著性影响,单GPS系统因为其可观测卫星颗数少和自身星座分布的共同影响,载波相位周跳频繁,定位解的误差大、可靠性低、稳定性差。本文对多模GNSS(Global Navigation Satellite System)解算中时空系统的统一,组合单点定位模型和差分定位模型等关键技术进行了研究,实现了多模GNSS组合定位,改善了卫星相对于测站的几何分布,环境适应性加强,使得定位精度、系统冗余度和可靠性大幅提高,最后使用车载数据进行实验验证。验证结果表明,多模GNSS观测卫星数相比单GPS系统而言,观测卫星数增加了2倍,PDOP值降低了42%,极大地提高了差分定位解的成功率,固定解比例提高了18.3%。这充分说明了多模GNSS统一定位的可行性和优越性。     

多系统卫星融合定位数据的稳定性和精度比较分析

论述GNSS多系统融合定位的数学模型、分析各项误差处理策略以及参数估计方法,基于日本东京海洋大学RTKLIB软件进行GPS、GLONASS、Galileo、BDS多系统融合定位试验,并分析其动/静态定位稳定性和精度。试验结果表明:GNSS多系统融合收敛时间与GPS单系统相比缩短30%~50%,定位精度与GPS单系统相比可以提高20%~50%。此外,在卫星高度截止角大于40°和不利观测环境条件下,单系统可见卫星数不足,从而导致无法进行连续定位,但多系统融合可视卫星可获得比较好的定位精度,在建筑物密集区、山区和卫星遮挡较为严重的恶劣条件下具有实际应用价值。     

GPS/COMPASS组合变形测量性能分析

GNSS系统的定位精度和可靠性在很大程度上依赖于观测到的卫星数量和几何图形分布.在城市、露天矿区和峡谷等地区,由于可观测卫星数少,单一系统的定位精度往往难以满足要求,GNSS多星座组合是解决问题的一个有效措施.选取雅砻江卡拉电站滑坡监测网中的一个监测点,利用实测的COMPASS星历和GPS卫星星历,从可见卫星数目及GDOP值两个角度,对GPS、COMPASS单星座系统以及其组合系统变形测量性能进行了对比分析.实验表明GPS和COMPASS组合系统能够有效改善变形监测精度.     

一种用于监测型GNSS接收机的定位精度测试设备研究

近年来,随着高精度全球导航卫星系统(GNSS)接收机板卡的市场化,水利水电行业自主研发的全球导航卫星系统(GNSS)监测型接收机设备相继投入使用,针对这种具有自主产权的全球导航卫星系统(GNSS)监测型接收机性能检测不足的问题,我们研制了一种简易的测试设备,专门用于检测此类全球导航卫星系统(GNSS)监测型接收机的定位精度和灵敏度测试,并对通过该设备获得的数据与GNSS监测型接收机测得的数据一致性进行了研究。实测结果表明,该测试设备操作方便,数据处理方法简单可行,可用来对全球导航卫星系统(GNSS)监测型接收机在不同环境下的定位精度和灵敏度进行有效测试。     

GEO对BDS伪距单点定位影响分析

BDS星座构成不同于其他导航定位系统,GEO卫星的独特性将会增加我国BDS定位的优势,因此,本文选取多个MGEX跟踪站数据,分析了GEO卫星对BDS系统B1I和B3I单频伪距单点定位精度的影响。实验结果表明,GEO卫星能明显改善BDS卫星可用性,使BDS卫星可见数有明显增加,使PDOP值有明显降低,同时GEO卫星能有效提升BDS伪距单点定位精度,使伪距单点定位精度提升都在分米级,水平定位精度提升量在13%以上,高程定位精度提升量在10%以内。     

基于伪卫星的改善GPS几何精度因子的研究

随着人们活动范围的日益扩大和周边环境的日益复杂,高精度GPS导航技术逐渐成为国内外研究的重点。GPS系统的定位精度在很大程度上取决于参与定位卫星的数目和几何布局,而几何精度因子(GDOP)正是衡量定位卫星几何布局优劣的量度。文章从几何精度因子着手,从理论上证明了伪卫星对GPS系统GDOP的改善,分析了伪卫星数量对GPS系统定位精度的影响。借助于仿真实验,结果表明,在GPS导航定位中,伪卫星能够显著增强卫星几何图形结构、提高测量精度、改善精度因子从而提高定位精度。     

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。     

BDS-3/GPS在遮挡环境下定位性能分析

针对在全球卫星导航系统(GNSS)信号易遮挡地区,单一系统可见卫星数较少,定位性能不理想甚至难以满足定位需求的问题,分析北斗三号(BDS-3)在不同区域遮挡环境下对定位性能的改善. 通过全球不同区域MGEX(Multi-GNSS Experiment)监测站的观测数据,采用GPS、BDS-3、BDS-3/GPS组合定位三种模式,在不同模拟遮挡环境下进行伪距单点定位,分析了各模式下可见卫星颗数、历元利用率、几何精度衰减因子(GDOP)值和定位精度. 结果表明:在北半球区域,相较于其他方向遮挡,GPS模式在低纬度地区南面遮挡的定位稳定性和精度最高,在中高纬度地区北面遮挡的定位稳定性和精度最高,BDS-3和BDS-3/GPS组合模式在低纬度地区各方向遮挡定位精度相当,在中纬度和中高纬度地区,北面遮挡的精度明显优于其他方向遮挡的定位精度. BDS-3/GPS组合定位模式,大大增加了可见卫星颗数,历元利用率提高,卫星空间几何结构改善,GDOP值降低,稳定性和定位精度明显优于单系统.      

BDS/GPS非差误差改正数的实时动态定位方法

针对我国地区观测数据的实验定位结果精度问题,该文提出BDS/GPS非差误差改正数的实时动态定位方法,研究了BDS/GPS单参考站非差实时动态定位算法模型,流动站使用非差误差改正数,不需要进行双差观测值的组合。参考站将非差误差改正数传递给流动站,对流动站的观测值进行误差改正,可以直接固定流动站的模糊度。实验表明:在我国南方地区BDS精度要优于GPS,而在北方地区,BDS/GPS定位精度和GPS定位精度明显优于BDS。并且与单系统相比,组合系统的可视卫星数明显增加,改善了卫星空间几何分布结构,从而提高了导航定位的可用性和精度。     

GPS／BDS／GLONASS组合伪距单点定位性能测试与分析

本文以高山峡谷地区以及城市建筑群区域GNSS卫星受山体及建筑物遮挡的实际问题为出发点,通过选取不同的卫星方位角模拟不同遮挡环境,研究GPS／BDS、GPS／GLONAS和GPS／BDS／GLONASS组合系统伪距单点定位模型对于单GPS、单BDS系统在不同遮挡环境下的定位精度和三维导航可用性等方面的改善情况。结果表明,组合系统相对于单系统,增加了可见卫星数,降低了PDOP值,当观测条件不佳时,可以很好地改善定位精度和提高三维导航可用性。      

三星GNSS接收机在复杂环境定位的精度分析

复杂环境下,利用三星GNSS接收机南方银河1与双星GNSS接收机南方灵锐S82,以GNSS-RTK测量数据为参考值,对它们的初始化时间、搜星状况、内外符合精度等方面做了对比与分析。实验表明相比双星GNSS,三星GNSS定位的稳定性和准确性都有了一定的提高,平面精度和高程精度均能小于4cm。     

中国区域内单Galileo卫星导航系统定位性能评估

随着欧盟伽利略(Galileo)卫星系统的全面完成组网建设,其在中国区域定位性能需进一步进行评估。本文利用中国及周边区域的6个多全球导航卫星系统(GNSS)实验系统(MEGX)测站分别从卫星可视数、定位位置精度因子(PDOP)值和静态精密单点定位技术(PPP)方面对单Galileo卫星系统在中国区域内的定位性能进行了研究。结果表明：当卫星高度角设置为7°时,24 h内各测站可接收到的平均卫星数约为7.3颗,定位PODP约为2.2,能较好地满足中国区域全天候单点定位;对于单天静态解和4 h静态解,无论是非差非组合还是无电离层组合,均可实现在水平方向小于2.3 cm,高程方向小于4.5 cm的定位精度,且6个测站的平均收敛时间约为36.4 min;根据卫星可视数和PDOP值分布可知,中国的东部、中部和南部卫星可视数和PDOP值最好,Galileo定位服务性能在该区域相对更优。     

改进组合差分定位算法在无人机上的应用

无人机航空摄影测量是继GNSS技术普及之后测绘科技的又一进步,为无人机搭配轻型高精度的GNSS差分模块,减少像控点的布设甚至可以直接获取地理位置成为目前的主要发展方向.文中采用U-blo x公司的多星座接收模块NEO-M8T组成一套质量轻、低成本的PPK系统,同时将BDS/GPS组合定位算法与改进的LAMBDA模糊度解算方法相结合,提高定位精度和固定解比率,最后与单一GPS定位结果和组合GPS/GLONASS定位结果进行对比分析.实验结果表明,地面静态定位精度达到cm级,机载动态定位固定解的比率及其定位精度大大提高.     

GPS／GLoNASS／GALILEo组合导航DOP值及可用性分析

针对采用单卫星定位系统时,在城市高楼密集区和位于深山峡谷的水库、电站、矿山等环境下,GNSS用户接收到的卫星个数少且卫星分布不佳导致的可用性下降、定位精度较差的问题,提出多系统组合的定位方法。利用GPS、GLONASS及GALILE0系统的轨道参数模拟卫星星座,计算不同卫星高度角下单系统及组合系统的DOP值,根据DOP值分析其可用性。研究表明：在全球时空范围内、相同卫星高度角下,组合系统的可用性高于单系统,三系统组合的可用性高于双系统组合。     

GPS/GLONASS/BDS/Galileo动态精密单点定位精度及收敛时间分析

全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)迅猛发展,在轨卫星数量不断增多,多系统轨道和钟差产品精度也在逐步提高,使得多模GNSS联合精密单点定位(precise point position,PPP)成为可能。分析了多模GNSS联合动态PPP精度及性能,给出了多模GNSS联合PPP算法;基于MGEX(Multi-GNSS Experiment)网数据,分析了多GNSS联合动态PPP在定位精度、收敛时间等方面的表现以及截止高度角对其产生的影响。实验结果表明,与GPS(global positioning system)单系统PPP相比,4系统联合动态PPP在精度及收敛速度上具有明显改善,E、N、U方向定位精度分别由1.24 cm、0.97 cm、3.59 cm提高到0.78 cm、0.77 cm、2.48 cm,收敛时间由22.7 min缩短为9.8 min。截止高度角的增加对单系统动态PPP性能影响很大,而多系统却保持了良好的稳定性。     

城市环境下智能手机GNSS/视觉组合导航算法和性能评估

通过将卫星定位和计算机视觉定位组合,可以使智能手机在城市、峡谷等卫星定位结果跳变或中断的情况下,仍为用户提供连续、高精度的位置服务.因此,为改善手机端卫星信号不理想区域的定位精度,设计和实现了GNSS与单目相机组合导航的实验.通过数据平滑、旋转矩阵求解等过程完成系统间的轨迹转换,并分析了坐标转换误差.使用结合贝叶斯估计的卡尔曼滤波对两种轨迹进行融合处理.最终结果表明,在城市环境下,GNSS与单目相机组合后,定位误差小于3 m的概率由21.21％提升至48.15％,小于5 m的概率由48.82％提升至70.03％.     

联合GNSS/LEO卫星观测数据的区域电离层建模与精度评估

高精度的电离层模型对于提高导航卫星系统的定位精度具有重要意义。低轨卫星的快速发展为建立高精度的电离层模型提供了新的契机。基于仿真数据模拟获得2017年1月1日—30日LEO(low earth orbit)和GNSS(global navigation satellite system)卫星观测数据,星座类型包括60、96、192和288颗卫星,以非洲区域为例,利用该数据研究GNSS和LEO卫星穿刺点的覆盖情况和联合建模精度。结果表明:加入LEO卫星后,穿刺点分布改善明显,能够大幅度提高穿刺点密度;单颗低轨卫星穿刺点的范围比GNSS卫星大,LEO卫星的高度角和方位角变化明显;随着低轨卫星数量的增加,融合建模的精度也随之提高;在12:00时东经30°不同纬度范围内,单GNSS建模和GNSS+288 LEO建模差值最大为-1.6 TECU(total electron content unit);随着建模时长的增加,融合建模结果和单GNSS结果差值逐渐变小。     

基于伪卫星技术的导航定位与应用

虽GNSS导航定位技术的发展给人们带来极大便利,但在一些现代应用中已逐步呈现出明显的不足,如在高楼林立的城市、室内(人们生活、工作和娱乐的场所)等特殊区域,卫星信号衰减严重甚至完全接收不到,然伪卫星技术的出现弥补了上述的不足。在对伪卫的简要介绍基础上,系统地论述了伪卫星技术的三种定位方式,通过仿真实验数据对该技术进行精度分析,针对伪卫星的关键技术给出了相应解决方案,最后列举了其在各领域中的应用。     

基于精密单点定位的双星导航精度与稳定性研究

采用精密单点定位(PPP)的方法,分别进行静态实验和动态实验,对重庆主城地区的BDS与GPS定位的精度进行研究,发现BDS系统的可视卫星数量明显多于GPS系统,但在稳定性上稍稍弱于GPS,对比BDS卫星导航定位系统、GPS卫星导航定位系统以及BDS/GPS组合定位的精度及时效性,得出了BDS/GPS组合定位精度更高且时效性更好的结论.