基于省级区域地基增强系统的北斗三号系统卫星数据评估分析

导航卫星观测数据质量是影响地面增强系统定位精度的直接因素，北斗地基增强系统经过北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)适配性改造后能够获取的卫星观测值数量相较北斗二号卫星导航系统(BDS-2)适配改造提升了30%～50%，对这些观测数据的质量评估和分析尤为重要.本文利用数据完整率、多路径误差等基准站观测值质量评估方法，使用零基线测试和精密单点定位(PPP)测试两种方法，提出一种综合区域地基增强系统的BDS-3数据分析方法.对研究区域进行实证试验，结果表明：BDS-3卫星在亚太地区的数据质量已经与GPS相当；由于BDS-3卫星空间分布结构更优，地面测站可以获得的高仰角(高度角>50°)可用观测值较单GPS提升了200%以上.     

卫星激光测距站分级与GNSS卫星轨道精度校核

GNSS卫星轨道是实现导航定位等位置服务的基础,对卫星轨道精度的精确评估关系到服务的精度与可靠性。卫星激光测距技术是评估卫星轨道精度的独立外部检核手段,由于SLR站系统水平不一,导致数据质量差异较大,因此合理选用高性能SLR站是精确评估卫星轨道的关键。本文利用聚类分析方法,依据国际激光网发布的近10 a全球SLR站性能评估报告,选择观测总圈数、LAGEOS标准点RMS值和系统短期偏差3个参数作为测站分级评估指标,将全球SLR站进行分级。在此基础上,对2020年所有参与国际激光联测的GNSS卫星的事后精密轨道进行了精度校核。结果表明,SLR站水平与数据质量密切相关,利用模糊C-均值聚类算法可有效对全球SLR测站进行分级,Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ级测站占比分别为28%、51%和21%;采用不同级站观测数据得到的检核结果存在明显差异,基于Ⅰ级站数据的校轨残差均值的绝对值和标准差总体小于Ⅱ和Ⅲ级测站,3种GNSS卫星轨道精度在R、T、N方向上的差异不明显,对应分量的RMS值之间的较差均处于毫米级水平。     

BDS-3数据质量及SPP定位性能分析

北斗三号（BDS-3）已完成建设,在此之际对BDS-3观测数据质量及定位性能进行研究分析是一项很有意义且必要的工作. 本文利用MGEX（Multi-GNSS Experiment）站的观测数据评估分析了BDS-3的观测数据质量及伪距单点定位精度,并同时与北斗二号（BDS-2）、GPS的定位精度进行对比分析. 结果表明:BDS-3在各测站的数据完整率都在95%以上;各频段的信噪比均值均高于45 dB·Hz,但地球静止轨道（GEO）卫星信噪比频繁大幅波动;各类型卫星的伪距多路径平均值都低于35 cm,大部分卫星的伪距观测值噪声普遍小于0.3 m. BDS-2/BDS-3组合定位精度相较于BDS-2、BDS-3均有不同幅度的提升,但在高纬度地区对BDS-3定位精度提升幅度很小. BDS-3在全球各区域均能获得水平优于3 m、高程优于4 m的定位精度,与GPS定位性能大致相当.      

非校正相位延迟参数在复杂铁路场景下GPS精密单点定位应用研究

在复杂艰险地区的铁路沿线上全球卫星导航系统(GNSS)基准站相对较少且稀疏,如何获得该场景下测站点的高精度位置信息是亟待解决的重大问题. 论文以GPS系统为例,利用铁路沿线上7个GNSS测站点(14个观测时段)分别开展了卫星跟踪数和位置精度因子(PDOP)评估,观测数据的可靠性、高精度性验证以及固定解精密单点定位(PPP)技术研究. 试验结果表明:1) 在所有时间段内卫星平均跟踪数约分布在5.14～9.07颗,PDOP平均值约分布在2.19～5.72 cm,具有较高地定位可用性;2) 模糊度固定的PPP可进一步改善铁路环境下的单点定位精度. 当观测时间约为90 min时,其在水平方向和高程方向上可分别实现优于10 cm和15 cm的解算精度,且相对于浮点解,三维方向上的定位精度可提升约35.43%. 该研究可为复杂铁路场景下的勘测和施工阶段提供高精度的测站位置信息.      

综合伪距相位观测的北斗导航系统广域差分模型

我国区域北斗卫星导航系统为用户提供开放服务和授权服务两种服务方式,其中授权服务主要提供一维等效钟差改正数和完好性信息,实现更高精度的服务性能。北斗卫星导航系统提供的实时差分信息是基于CNMC平滑后的伪距观测数据计算,其精度受到残余伪距噪声的限制。为提升系统广域差分服务性能,本文提出了一种广域差分新模型。该模型综合了伪距及相位观测数据,并新增了轨道改正数。模型中经相位平滑的伪距观测值用于定义钟差改正数和轨道改正数的基准,而相位历元间差分观测值用于计算约束差分改正数的高精度相对变化。论文分析了数据采样率、测站个数等因素对新模型的影响,并采用中国区域内的观测站数据对新模型进行精度验证。试验结果表明:(1)基于新广域差分模型的GEO卫星UDRE指标相对原有模型提升了27%,IGSO卫星指标提升了35%,MEO卫星指标提升了24%;(2)基于新的广域差分模型,用户在南北、东西、高程方向的伪距定位精度分别提升了23%、32%和52%,实现了北斗系统用户导航定位三维定位精度优于1m的指标。     

基于多观测量组合的北斗系统伪距方差自适应估计方法

北斗卫星导航系统是我国自主研发的卫星导航系统,具有地球静止轨道、倾斜地球同步轨道及中圆轨道三种卫星的混合星座,同时播发B1、B2和B3三个频点观测值,传统确定观测值向量权矩阵的方法已无法满足北斗卫星导航系统定位的需求,需要探索研究确定北斗卫星导航系统观测值向量方差-协方差矩阵的新方法,以合理使用北斗卫星导航系统观测量,提高系统服务性能。为此,提出了一种基于伪距和相位线性组合的北斗卫星导航系统伪距方差实时自适应估计方法:首先,基于北斗卫星导航系统载波相位和伪距观测值,利用观测值线性组合,构造伪距方差统计量模型;其次,充分考虑北斗卫星导航系统卫星星座特点和多路径影响,引入渐消因子,分别统计伪距均值和方差;最后,基于伪距方差统计值,构造观测值向量权矩阵。新方法克服了传统确定方差-协方差矩阵方法的局限性,能够较真实地反映北斗卫星导航系统伪距观测值向量的随机特性,可有效提高伪距单点定位精度和载波相位模糊度固定效率。北斗卫星导航系统用户机实测数据计算结果表明,基于伪距方差自适应估计的北斗卫星导航系统单点定位精度可提高约3m,模糊度成功固定时间缩短至18个历元。     

全球区域BDS、GPS、BDS+GPS静动态PPP定位精度评估分析

利用全球区域的7个IGS站的观测数据以及GPS和BDS的精密轨道和钟差产品,分析了BDS、GPS和BDS+GPS组合的卫星数量、几何空间分布以及静动态PPP精度。实验结果表明,GPS在全球7个测站的卫星数在10颗左右,卫星分布较均匀;BDS在Alic(大洋洲)、Iisc(亚洲)、Zamb(非洲)的卫星数明显多于GPS,其余测站卫星数量相当。数据表明,GPS+BDS卫星数量和卫星几何空间分布状态明显优于单系统。在静态PPP中,BDS在Maw1(南极洲)和Unsa(南美洲)精度略低于GPS,其余测站精度相当;GPS+BDS在7个测站U、N、E方向基本在1 cm左右,相对BDS、GPS单系统定位精度有一定提升。在动态PPP中,BDS在Nlib(北美洲)、Unsa的定位精度低于GPS,其余测站定位精度则要优于GPS,但BDS和GPS单系统在全球区域定位性能都不够稳定。GPS+BDS在7个测站U、N、E方向定位精度分别优于0.06 m、0.03 m、0.03 m,在动态PPP中相对于BDS和GPS 7个测站的精度均有提升,说明了GPS+BDS组合可以提高PPP精度并且可以极大改善定位的可靠性。     

北斗三号PPP-B2b服务性能评估

北斗三号卫星导航系统（BeiDou-3 navigation satellite system,BDS-3）精密单点定位（precise point positioning,PPP）-B2b信号为中国及周边地区提供实时PPP(real-time PPP,RTPPP)服务,为了推广PPP-B2b信号的应用,需要对其服务性能进行评估。根据全球连续监测评估系统(international GNSS monitoring and assessment system, iGMAS）在中国的测站2020年9月的观测数据,评估了基于PPP-B2b信号的北斗卫星导航系统的轨道和钟差精度;分析了使用BDS-3PPP-B2b产品的B1I+B3I、B1c+B2a信号组合的定位精度以及北（north,N）方向、东（east,E）方向、天（up,U）方向收敛情况。结果显示:BDS轨道产品径向精度均值为0.1 m,切向精度均值为0.31 m,法向精度均值为0.3 m;钟差精度均方根的均值为2.26 ns,标准差的均值为0.08 ns。关于PPP收敛时间情况,在N、E、U 3个方向上,使用德国地学中心多系统快速产品...     

利用多模卫星系统仿真数据建立区域电离层模型

目前已有的全球卫星导航系统包括美国的全球定位系统系统,俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统,欧盟的伽利略卫星导航系统以及我国的北斗卫星导航系统。对于导航用户而言,采用多模全球卫星导航系统可以显著增加测站可视卫星、观测值的数量,并能改善卫星分布,更加有利于区域电离层模型的建立。因为目前全球导航卫星系统尚未全面建成,无法获得多模系统实测数据,本文使用卫星工具软件包仿真全球定位系统、格洛纳斯卫星导航系统、北斗卫星导航系统的双频观测值,采取多种策略构建中国区电离层球谐函数模型,并对区域模型结果进行分析。仿真结果表明:对于中国区域,利用全球卫星导航多系统观测值建立中国区域电离层球谐函数模型的平均精度要优于单一系统,我国北斗卫星导航系统单系统观测值的建模精度与全球卫星导航多系统建模精度相近,模型误差最大时仅有实际延迟量的14%,二者均优于全球定位系统单系统观测值的建模精度,其模型误差最大可达20%,而格洛纳斯卫星导航系统单系统观测值建模精度最差,模型误差最大时达实际延迟量的35%。     

极区北斗卫星数据质量特征分析

为明确极区环境对北斗卫星数据质量和卫星导航定位服务的影响,本文利用极区所有IGS站可用的北斗卫星观测数据和中山站实测数据,结合信噪比、多路径误差和电离层延迟变化率等评价指标,全面分析了北斗卫星导航系统在极区的数据质量特征。结果表明:极地测站的北斗卫星观测数据质量受高度角影响更大;信噪比整体水平相对于低纬测站低,北斗卫星的信噪比水平与GPS相当;多路径效应更加严重,需在数据预处理中予以考虑;极地测站数据受电离层活动的影响大且存在时段差异。     

融合SISRE的卫星高度角定权模型及PPP应用性能分析

在GNSS高精度定位中,观测量定权方式的选择影响着定位的性能,特别是对于实时精密单点定位,由于各个卫星实时轨道及钟差改正数的精度不同,PPP的定位解算性能会受到不同的影响.据此采用融合SISRE的方式将不同卫星轨道及钟差精度信息加入到卫星高度角定权模型中,通过对56个测站单天观测数据进行仿实时PPP实验可以发现,融合SISRE的定权模型在平均情况下可以减少收敛时间约0.91％,个别测站的收敛时间可以减小5 min以上,且可获得静态cm级甚至是mm级定位精度.     

多系统双频精密单点定位不同模型下性能比较分析

通过2018年1月多全球卫星导航系统（GNSS）实验(MGEX)的十个测站数据,采用无电离层模型和非差非组合模型,对单系统、双系统和四系统精密单点定位（PPP）进行定位性能分析,定位性能包括收敛时间和定位精度. 实验结果表明,两种PPP模型定位性能相当,但优于单频PPP,在E、N和U方向收敛时间缩短20 min左右,定位精度提高1.6 cm左右;联合多系统能够增加卫星数,改善卫星间几何构型,提升PPP的定位性能. 对GLONASS伪距频间偏差（IFB）采用估计每颗GLONASS卫星的伪距IFB模型和伪距IFB为频率二次多项式模型提升PPP的定位性能,结果表明估计每颗GLONASS卫星的伪距IFB模型要优于伪距IFB为频率二次多项式模型,估计伪距IFB相比忽略伪距IFB在PPP定位性能上有不同程度的提升.      

北斗卫星伪距偏差模型估计及其对精密定位的影响

现阶段北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）的同步地球轨道（geostationary orbits,GEO）卫星、中倾斜地球同步轨道（inclined geo-synchronous orbits,IGSO）卫星和中圆地球轨道（medium earth orbit,MEO）卫星均存在伪距偏差,该伪距偏差的存在对精密定位的研究及其应用产生了较大的影响。根据北斗IGSO和MEO卫星的伪距偏差与高度角和频率相关的误差特性,本文分析了测站数目及分布,以及观测时长对建模的影响,选择18个测站2015年全年的数据作为MEO卫星的建模数据,其中可以连续观测到全弧段IGSO卫星的4个测站用于IGSO卫星的建模,采用加权分段线性拟合联合抗差估计的方法建立了北斗卫星伪距偏差改正模型。模型改正后,北斗IGSO和MEO卫星的伪距偏差得到明显的削弱,相比于传统的伪距偏差改正模型,精密单点定位（precise point positioning,PPP）的定位精度和收敛时间均得到提升。     

BDS-3/BDS-2多频数据的长距离非差网络RTK算法

北斗三号卫星导航系统(BeiDou-3 satellite navigation system,BDS-3)已正式建成并提供服务,网络实时动态定位（real time kinematic,RTK）算法是提高北斗卫星导航系统（BeiDou satellite navigation system,BDS）定位精度的主要手段。提出了一种基于BDS多频多系统观测数据的长距离非差网络RTK算法。首先,通过顾及大气误差参数的多频载波相位整周模糊度解算模型,确定长距离BDS参考站的多频载波相位整周模糊度。然后,利用准确确定的参考站间载波相位整周模糊度,通过线性变化得到各参考站的非差整周模糊度,并计算各参考站的非差观测误差。考虑长距离测站间观测误差空间相关性减弱的特点,根据误差特性的不同分离出参考站网分类的非差误差改正数。最后,采用反距离加权法计算流动站的分类非差误差改正数,流动站通过非差误差改正数进行观测误差的改正和高精度定位。使用长距离连续运行参考站网的多频实测数据进行实验,结果表明：BDS-3的定位精度相对于北斗二号卫星导航系统(BeiDou-2 satellite navigation sys...     

北斗区域导航定位精度分析

采用全球均匀分布MGEX站的观测数据,详细分析了北斗卫星导航系统(BDS)的卫星可见性、PDOP值分布,以及伪距单点定位精度,并将其结果与GPS和BDS+GPS组合系统进行了比较分析,讨论了不同定权方法对BDS+GPS组合系统定位精度的影响。试验结果表明,在全球大部分地区,GPS的定位性能优于北斗系统,在亚太中低纬度地区,BDS的定位精度与GPS相当甚至超过GPS;BDS+GPS组合系统的定位精度通常优于单一系统,但随机模型不准确也可能导致组合系统的定位精度不如单系统;Helmert方差分量估计可以在一定程度上提高组合定位精度。     

多卫星导航系统精密单点定位精度分析

随着北斗卫星导航系统（BDS）于2012年底正式提供亚太地区区域性服务,研究BDS与其他卫星导航系统的组合定位尤为重要。本文主要分析BDS与GPS、GLONASS组合精密单点定位（PPP）,统一了三类卫星的时间系统和空间系统,给出了PPP非差组合模型,利用九峰站全天观测数据进行实验,得到初步结论：组合定位系统能够减少单系统的收敛时间;组合定位系统的定位精度比单系统的定位精度高。     

基于北斗多频的单历元基线定位方法

随着北斗三号卫星导航系统完成全球组网并正式开通，我国成为世界上第三个独立拥有全球卫星导航系统的国家，北斗卫星定位精度和可靠性进一步提升。目前北斗二号卫星可播发三频观测信号，北斗三号卫星可播发五频观测信号，研究多频组合定位对于实现模糊度快速固定、提高定位精度具有重要意义。文中分别给出北斗二号三频和北斗三号四频观测值的线性组合，并将其视为不同的卫星系统进行融合定位，最后分析短基线条件下的定位精度。结果表明本方法能够实现短基线模糊度单历元固定，定位精度可达cm级。     

BDS-3多频非差非组合精密定轨精度分析

针对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)五频点观测数据和非差非组合精密定轨理论，介绍了非差非组合观测模型和参数估计方法，提出了利用K均值聚类算法(K-means)进行测站选取的策略，分析并讨论了非差非组合方法的优势.通过K-means和人工经验选取两种测站选取方案，分别使用BDS-3五频，B1C+B2a、B1I+B3I三种频率选择方式，利用30个观测站，对BDS-3中轨道地球卫星(MEO)和倾斜地球同步轨道卫星(IGSO)进行精密定轨处理.结果表明：当接收B1C+B2a频点观测数据测站不足时，非差非组合方法可以通过利用五频观测数据增加观测数据数量、优化测站布局，提高定轨精度，与B1C+B2a频率组合相比，五频定轨结果切向(A)、法向(C)、径向(R)和三维(3D)方向均方根(RMS)月均值分别提升0.003 m、0.004 m、0.003 m和0.007m;K-means算法选取的测站与人工经验选取相比，分布更加合理，定轨精度更高，三种频率选择方案MEO卫星3D RMS月均值精度分别提升0.009 m、0.017 m和0.009 m.     

不同时期的BDS-3精密单点定位性能分析

本文分析了全球23个MGEX测站在不同时期接收到的BDS-3的卫星数量变化情况，对不同时期的MGEX测站BDS-3数据进行精密单点定位解算，对比分析了BDS-3卫星数目变化对精密单点定位精度与收敛时间的影响。结果表明：(1)相较于2021年DOY 1,2022年DOY 1全球23个MGEX测站接收到的BDS-3卫星平均数由6.2颗增加到11.1颗。(2)地面测站接收到更多的BDS-3卫星后，静态PPP精度提高了11.4%,收敛时间缩短了18%;模拟动态PPP的精度提高了28.0%,收敛时间缩短了31.9%。     

地面测控站分布对北斗卫星精密定轨的影响

北斗卫星精确定轨是北斗卫星导航系统应用与服务的核心技术,而地面测控站的分布是影响其精度的主要原因之一。针对北斗卫星地面跟踪站的现状,该文基于几何法定轨的基本原理,将卫星定轨的观测方程线性化,根据位置精度衰减因子值的构成,分析了测站分布与卫星定轨精度之间的关系。通过3种实验方案,对比不同测站分布和测站数量对北斗卫星定轨精度和计算效率的影响。实验结果表明:仅利用现有iGMAS站和BETS站的观测数据,很难获取高精度的北斗定轨结果;增加国际MGEX的北斗数据后,定轨精度有明显提高,尤其体现在GEO卫星切线方向;利用40个全球均匀分布的北斗站与利用70个站的定轨精度相当,但前者的解算效率较后者可提高近1倍。