SBAS星历改正数及UDRE参数生成算法分析

星基增强系统(satellite based augmentation system,SBAS)通过地球同步轨道卫星实时播发导航卫星星历改正数和完好性参数,以提升用户定位精度和完好性。采用最小方差法解算GPS星历改正数,利用卡方统计进行改正数完好性检核,并依据星历改正数方差-协方差信息计算SBAS用户差分距离误差(user differential range error,UDRE)和信息类型28(message type 28, MT28)等完好性参数。利用中国区域27个监测站的实测数据,首先以国际GNSS服务组织的精密轨道和钟差产品为参考解算星历改正数,结果表明,钟差改正精度优于0.1 m,轨道改正精度优于0.4 m;然后解算广播星历改正数,并生成UDRE和MT28参数,广播星历残余误差卡方检验值均小于告警门限,保证了改正数的完好性;最后利用生成的改正数进行SBAS定位解算,得到定位结果的水平精度优于0.7 m,垂直精度优于1.0 m,对比GPS单点定位,所提算法的水平和垂直方向精度分别提升了30%和40%。     

基准站辅助的区域实时精密单点定位

针对常规实时精密单点定位(PPP)精度低、稳定性差的问题,该文采用附加基准站改正信息的精密单点定位算法,开展了基准站辅助的区域实时PPP应用研究.依托山东省卫星定位连续运行综合应用服务系统(SDCORS),采用IGU预报星历和钟差产品获取实时卫星轨道和钟差改正,探讨站间距、不同基准站、单/双基准站等对区域实时PPP的影响.实验结果表明,以事后PPP单天解坐标为参考,基准站辅助的流动站实时PPP坐标分量和点位平均精度均可达到厘米级水平;流动站实时PPP定位精度与站间距没有明显的相关性;基准站的选择对区域实时PPP结果略有影响,附加双基准站改正的PPP相比于单基准站改正PPP的结果更优,点位精度平均提升约8.6％.     

基于RTCA标准的WAAS和EGNOS广播星历差分完好性服务性能研究

为了提高GPS卫星导航系统服务性能,很多国家和地区建立了独立的星基增强系统(SBAS),通过提供广播星历差分与完好性增强信息,满足高精度高完好性用户使用需求。本文介绍了美国WAAS和欧洲EGNOS等星基增强系统的广播星历差分完好性信息电文编码格式,并对实际星基增强系统的广播星历差分与完好性电文进行解析。由于不同的星基增强系统采用的信息处理模式不同,针对WAAS和EGNOS两个不同地区建立的星基增强系统,对广播星历差分慢变改正／快变改正的变化特征进行了比较分析。研究了星基增强系统广播星历差分完好性信息用户使用算法,基于国际GNSS服务组织(IGS)提供的GPS实测数据,对WAAS系统和EGNOS系统的广播星历差分服务精度和完好性性能进行了对比分析。结果表明,WAAS系统的伪距单点定位精度约为1.2 m, EGNOS系统的伪距单点定位精度约为1.8 m,与GPS基本导航服务相比,伪距单点定位精度可提高约22％和16％。两个星基增强系统利用完好性电文计算的完好性保护限值大致相当,均在16 m以内,能够对定位误差进行包络。      

QZSS系统在中国区域增强服务性能评估与分析

日本准天顶卫星系统(QZSS)是区域性辅助与区域增强一体的导航系统,覆盖区域为日本及周边区域,包括我国部分区域,该系统采用IGSO卫星播发L1-SAIF与LEX两类增强信息,可以提供我国部分区域用户的高精度定位。本文从可用性、空间信号精度、用户动态精密单点定位几个方面对QZSS两类增强信号在中国区域的性能进行较为全面的评估,并采用QZS-1卫星实测数据进行实验,结果表明,以20°为截止高度角,中国大部分区域,尤其是东部沿海地区一天之内80%的时段可连续观测QZSS卫星;L1-SAIF差分增强信息可实现与目前WAAS相当的精度,URE约0.56m,满足1m左右的精密单点定位,平面精度优于1m;与L1-SAIF相比,LEX精度更高,轨道与钟差精度可达dm级,URE约0.4m,可实现亚m级定位,平面0.2m,高程0.5m。     

广域瞬时厘米级精密单点定位和服务系统

精密单点定位技术（precise point positioning,PPP）虽可以提供全球厘米级定位,但是需要数十分钟实现收敛,而PPP-实时动态定位（real-time kinematic, RTK）则依赖区域参考站以提供大气延迟改正信息,限制了系统服务范围。实现了一种多频多模观测值PPP方法,仅需要卫星轨道、钟差和信号偏差即可实现全球范围内的瞬时厘米级定位,解决了PPP收敛慢、PPP-RTK服务范围有限和成本高的难题。结合现有星基增强改正数编码和播发方式,构建了一个兼容北斗PPP-B2b服务的广域瞬时厘米级服务系统,并评估了其轨道、钟差和信号偏差等增强信息精度。中国区域静态和车载动态数据验证结果表明,该系统可以95%的置信率在1 min内实现厘米级精密定位,可满足自动驾驶等领域对快速、高精度和高可信定位的需求。     

一种基于广播星历的实时高精度单点定位方法

针对远洋测量无法实时获取精密星历钟差或位置差分改正信息、导航定位精度不高的问题,提出一种基于广播星历的实时高精度单点定位方法。通过广播星历实时获取卫星三维位置和卫星钟差,使用扩展卡尔曼滤波进行数据处理,利用载波相位观测量来实现高精度单点定位。实测数据结果分析表明,该方法的静态和动态定位精度与SPP相比,均有50%左右的提高。可实现在没有精密星历钟差和外部改正信息情况下的较高精度单点定位,满足高精度远洋测绘的要求。     

基于预报星历和基准站辅助的BDS实时精密单点定位

基于预报星历的常规实时精密单点定位存在相位模糊度难以收敛、定位精度低等问题.文中采用附加基准站改正信息的PPP算法,消除与卫星有关误差影响.依托香港卫星定位参考站网,采用WHU预报星历获取实时卫星轨道和钟差改正,开展基于预报星历和基准站辅助的中国北斗卫星导航系统实时PPP应用研究,并对其定位性能进行分析.试验结果表明,...     

高精度GNSS单点定位模型质量控制及预警

差分GPS(如RTK)通过消除基准站与流动站之间的公共性和相关性误差提高定位精度,这种技术要求流动站与基准站之间的距离有一定的限制。为了克服这种限制,精密单点定位技术采用精密星历和钟差改正数据获得绝对坐标系下的高精度坐标。虽然目前精密单点定位模型及各种改正模型已基本建立,通过最小二乘或卡     

星基增强信号的GPS实时精密单点定位算法

针对现有基于网络和数据流量的实时精密单点定位应用中改正信息传播覆盖范围有限及信号延迟等问题,该文提出了一种新的基于GPS增强信号的实时精密单点定位算法。利用增强频段播发精密轨道、钟差产品有效地解决了传统改正信息传递过程中覆盖范围小与信号延迟的问题,极大地提高了实时改正产品的覆盖范围与时效性。基于亚太地区多个测站准实测数据的实验结果表明:基于LEX增强信息的实时动态和静态精密单点定位解算可分别实现分米级和厘米级的定位精度,显示了利用LEX增强信号进行实时高精度定位的可行性。     

GNSS实时观测数据解码及伪距单点定位性能分析

在进行伪距单点定位时,数据往往采用后处理的方式,传统的精密卫星轨道及钟差产品存在时间延迟的问题,限制了单点定位技术在实时场景的应用.利用数据质量实时分析和评价的方法,开发高精度的GNSS实时数据解码技术,并对定位服务进行性能测试,得到实时伪距单点定位结果.通过实验发现,定位精度达到厘米级.实时解码系统具有可操作性与可行性.加入实时轨道和钟差的改正,伪距单点定位的精度也随之提升.本文通过对实时观测数据流解码,将伪距单点定位和实时观测数据解码模块融合,实现了实时伪距单点定位.     

北斗三号卫星差分码偏差稳定性分析及其对单点定位的影响

差分码偏差（differential code bias,DCB）是影响电离层监测和导航定位精度的重要因素之一,建立DCB改正模型对高精度定位有重要意义。针对北斗三号卫星的广播星历和精密星历钟差参数时间基准不统一的问题,首先介绍了多星座实验（multi-GNSS experiment,MGEX）发布的DCB产品的估计方法,给出了部分DCB产品的精度评估和分析结果;然后提出了北斗三号卫星单频和双频伪距单点定位以及双频精密单点定位的DCB改正模型;最后利用5个MGEX测站连续5 d的实测数据分别进行了DCB改正前后的定位实验。结果表明,MGEX发布的DCB产品均具有较高的稳定性,经卫星DCB改正后,单频和双频伪距单点定位的定位精度分别提高了48%~85%和71%~91%,双频静态精密单点定位的收敛时间减少了56%~83%。     

BDS卫星端DCB不同表达对单点定位精度的影响

考虑到北斗卫星导航系统(BDS)的B1B2,B1B3及B2B3之间硬件延迟(DCB)值存在一个闭合差,分析BDS卫星端DCB改正公式不同表示方法在3种采样率下对定位精度的影响,分别进行了伪距定位和精密定位解算。结果表明,不同采样率的DCB改正后SPP下精度改善在m级,提高10%~80%;动态PPP下精度改善在dm~m级,提高50%~90%。改正公式的不同DCB表示方法对精度影响在cm量级,在SPP中可忽略该误差,动态PPP中建议取DCB改正均值作为最终改正值。     

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。     

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...     

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.      

BDS-3实时精密产品质量评估及其PPP性能分析

随着北斗三号全球卫星导航系统的正式开通,各数据分析中心陆续开始提供北斗三号系统的实时精密产品,使基于北斗三号的实时精密单点定位（PPP）成为可能。实时精密产品质量是影响实时PPP定位性能的重要因素,直接决定了实时PPP的可用性、收敛时间和定位精度。为了促进基于北斗三号的实时PPP的研究和应用发展,本文对现有的北斗三号实时精密产品质量进行了评估,包括数据完整率、钟差精度和轨道精度,并结合全球均匀分布的5个基准站的观测数据,分析了北斗三号的实时PPP性能。试验结果表明,北斗三号实时数据完整率为98.3%,精密钟差和轨道精度分别为0.8 ns、8 cm,加入北斗三号系统后,相比GPS的实时PPP收敛速度提高了30%,定位精度提高了8%。     

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.      

大众智能手机精密定位与结果分析

随着移动互联网的发展与智能手机的普及，大众用户对高精度位置服务的需求日益增加。目前Google公司Android操作系统已开放GNSS原始观测值接口，采用智能手机实现传统适用于专业设备的PPP、RTK等高精度定位成为可能，因此采用原始观测值进行智能手机高精度定位成为研究热点。本文基于协同精密定位服务平台提供的实时轨道、实时钟差与电离层产品信息，实现了智能手机的PPP高精度定位处理。通过实测验证表明：在理想观测条件下，主流智能手机小米8与华为P10实现PPP定位精度水平优于1 m，相对标准伪距单点定位精度分别提高36%和47%。     

Method for real-time self-calibrating GLONASS code inter-frequency bias and improvements on single point positioning

Utilization of frequency-division multiple access (FDMA) leads to GLONASS pseudorange and carrier phase observations suffering from variable levels inter-frequency bias (IFB). The bias related with carrier phase can be absorbed by ambiguities. However, the unequal code inter-frequency bias (cIFB) will degrade the accuracy of pseudorange observations, which will affect positioning accuracy and convergence of precise point positioning (PPP) when including GLONASS satellites. Based on observations made on un-differenced (UD) ionospheric-free combinations, GLONASS cIFB parameters are estimated as a constant to achieve GLONASS cIFB real-time self-calibration on a single station. A total of 23 stations, with different manufacturing backgrounds, are used to analyze the characteristics of GLONASS cIFB and its relationship with variable receiver hardware. The results show that there is an obvious common trend in cIFBs estimated using broadcast ephemeris for all of the different manufacturers, and there are unequal GLONASS inter-satellite cIFB that match brand manufacture. In addition, a particularly good consistency is found between self-calibrated receiver-dependent GLONASS cIFB and the IFB products of the German Research Centre for Geosciences (GFZ). Via a comparative experiment, it is also found that the algorithm of cIFB real-time self-calibration not only corrects receiver-dependent cIFB, but can moreover eliminate satellite-dependent cIFB, providing more stable results and further improving global navigation satellite system (GNSS) point positioning accuracy. The root mean square (RMS) improvements of single GLONASS standard point positioning (SPP) reach up to 54.18 and 53.80% in horizontal and vertical direction, respectively. The study’s GLONASS cIFB self-estimation can realize good self-consistency between cIFB and stations, working to further promote convergence efficiency relative to GPS?+?GLONASS PPP. An average improvement percentage of 19.03% is observed, realizing a near-consistent accuracy with GPS?+?GLONASS fusion PPP.     

GNSS载波相位整数等变估计及其PPP性能提升算法

精密单点定位技术能够提供全球高精度定位结果,其主要技术瓶颈在于定位收敛时间长,载波相位模糊度固定技术是加快PPP收敛速度、改善定位精度的主要手段之一。模糊度固定的可靠性问题在PPP定位中尤为突出,因为模糊度浮点解质量取决于服务端产品质量、接收机噪声特性和观测环境等多种因素,所以高可靠PPP模糊度固定技术仍然充满巨大挑战。为了保障PPP定位的可靠性,本文将最优整数等变估计(best integer equivariant,BIE)引入PPP模糊度估计过程中。BIE法利用GNSS模糊度整数解加权融合以获得最优的浮点模糊度估计值,可有效降低模糊度错误固定风险,同时又利用了模糊度整数解信息来提升模糊度估值精度,从而提升PPP定位精度,缩短模糊度收敛时间。本文选取了105个全球分布的MGEX测站对BIE估计PPP模糊度的性能进行验证,试验结果表明,与模糊度固定解相比,采用BIE估计PPP模糊度能够进一步改善坐标三分量(东、北、垂向)定位性能,收敛时间分别减少了37%、28%与31%,收敛后定位精度分别提高了9%、8%和3%。此外,BIE估计PPP模糊度定位结果的毛刺和阶跃现象更少。