一种顾及卫星几何分布的GPS/北斗组合定位定权方法

在GPS/北斗组合单点定位中,观测值定权通常采用两种方法:一种是先验定权,即利用两卫星系统观测值的先验方差来定权;另一种是验后定权,如Helmert方差分量估计。先验定权方法简单,但不精确;验后定权方法严密,但需要足够多的多余观测。由于位置精度因子(PDOP)能很好地反映卫星的几何分布状况,文中提出一种考虑PDOP信息的观测值定权方法,即在先验定权的基础上,进一步考虑了观测卫星空间几何分布情况。利用开阔环境和遮挡环境下的静态观测数据和动态观测数据进行分析。结果表明:在开阔环境下,考虑PDOP信息定权方法的定位精度和验后定权方法相差不大,并且二者均优于先验定权方法;在遮挡环境下,考虑PDOP信息定权方法的定位精度优于先验定权和验后定权方法。     

北斗卫星伪距多路径系统偏差的修正方法及其对单频PPP的影响分析

北斗伪距观测值存在特有的多路径系统性偏差,偏差的数量级达到几个分米到米。该系统偏差可分为两类:一类是IGSO/MEO卫星随高度角变化的伪距系统性偏差;另一类是GEO卫星(高度角仅微小变化)明显的伪距系统性偏差。系统性的伪距偏差导致GEO卫星MP序列的标准偏差较大,本文针对GEO卫星伪距偏差问题提出了一种基于卡尔曼滤波的修正方法,修正后的GEO卫星MP序列的标准偏差下降了10%~16%。基于伪距相位组合的单频PPP技术的伪距权重较大,会受到北斗伪距偏差的影响,分析表明该系统性偏差将导致单频PPP定位结果高程方向产生约1m的偏差。对GEO伪距偏差采用提出的卡尔曼滤波修正方法进行修正,并应用Wanninger和Beer的高度角模型消除IGSO/MEO观测值伪距偏差,本文对修正后的单频精密单点定位精度进行了分析。4个multi-GNSS experiment(MGEX)站10d观测数据的分析结果表明:仅改正和卫星多路径误差,高程方向定位结果精度可改善65%左右;采用本文方法对GEO卫星的多路径修正后,该方向定位结果精度改善比例将进一步提高至75%左右。     

一种顾及GEO卫星多路径效应影响的BDS长距离相对定位方法

提出了一种北斗卫星导航系统BDS长距离相对定位方法。在该方法的观测量随机模型中,考虑了BDS的GEO卫星伪距观测量中的系统性多路径变化趋势项的影响;并采用基于非组合观测值的DSOP(Double Station Observation Processing)方法进行数据解算。分别对BDS单系统和BDS/GPS组合相对定位解算结果进行了分析,实验结果都表明采用该方法能够显著提高定位结果的收敛速度。     

陆态网络数据的北斗观测值特性分析

为了进一步分析北斗卫星观测值的相关特性,文章对比北斗卫星与GPS卫星、以及不同类型北斗卫星之间观测值特性的差异,提出了用站间差分考察伪距多路径组合和GFIF组合观测值的方法。陆态网络数据实验结果显示,北斗卫星B1频率观测值的信噪比最低;高度角较低时,北斗卫星伪距多路径组合绝对值和离散度均较大,约为1.5m,且IGSO和MEO卫星的伪距多路径组合值随高度角增大而明显降低;北斗GEO和IGSO卫星的相位GFIF组合有日周期性,变化范围约为±2cm,伪距GFIF组合的变化范围可达±2m;站间差分可明显减弱伪距多路径组合的变化趋势和相位GFIF组合的周期性,表明这两个组合中可能包含与卫星相关的误差,为北斗观测数据误差处理提供参考。     

不同时长的北斗精密单点定位精度分析

针对北斗卫星导航系统(BDS)在南海区域的服务性能问题,该文基于无电离层组合实现了BDS精密单点定位算法。基于在我国西沙采集的BDS观测数据,利用我国iGMAS的北斗轨道和钟差产品,分3个不同时长(0.5、2、24h)对我国北斗卫星导航系统在中国南海区域的定位精度进行了分析。从实验结果可知,利用北斗卫星导航系统已可实现我国南海区域的高精度定位。     

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。     

基于选权迭代法的GPS/北斗组合单点定位

介绍了GPS/北斗组合单点定位的数学模型,采用IGG-Ⅲ方案对单/双系统单点定位进行定权,并将结果与等权处理结果作比较。分析表明,对于单系统而言,GPS/北斗组合可以显著增加可用卫星数,降低pDop值,提高定位精度;无论是单系统还是组合系统,使用选权迭代法均能在一定程度上改善定位精度,提高解算成功率,且对组合定位效果更佳。     

顾及PDOP的GPS/GLONASS组合单点定位的观测值定权

在当前GLONASS卫星数量还不太充足的情况下,GPS和GLONASS双系统组合单点定位的精度相比GPS单系统能否得到有效提高在很大程度上取决于PDOP值的改善情况。本文在基于高度角随机模型的基础上进一步考虑PDOP值信息来给GPS和GLONASS观测值定权,提出了一种基于PDOP的观测值定权的方法,并利用IGS站观测数据进行了试算,结果表明,考虑PDOP定权后精度有明显改善。     

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。     

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.     

GEO卫星条件下的辅助式定位算法性能分析

在卫星导航定位过程中,当辅助式定位算法在信号质量不佳时,利用更多的观测卫星数据进行冗余计算,能够补齐缺失的信号时间并得到定位结果. 由我国自行研制的北斗卫星导航系统(BDS)采用了混合卫星星座,有一类地球同步轨道(GEO)卫星,具有24 h可见、轨道高覆盖面大、信号功率强等优势. 论文分析了在特殊情况下,只能接收到GEO卫星时的辅助式定位算法以及算法的性能差异. 结果表明:在没有高程等先验信息辅助的情况下,直接使用5颗GEO卫星也能获得一定的定位精度保障.      

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。     

联合GEO/IGSO/MEO的北斗PPP模糊度固定方法与试验分析

由于北斗地球静止轨道（geostationary earth orbiting,GEO）卫星轨道精度较低且其观测值受多路径误差和伪距偏差影响严重,目前各分析中心尚未针对北斗GEO卫星提供长期稳定的相位小数偏差（uncalibrated phase delay,UPD）产品,北斗精密单点定位（precise point positioning,PPP）模糊度固定技术研究主要针对倾斜轨道（inclined geosynchronous orbiting,IGSO）和中地球轨道（medium earth orbiting,MEO）卫星。本文采用Wanninger和Beer的高度角模型消除了IGSO/MEO观测值伪距偏差,并通过小波变换提取低频分量修正伪距观测值的方法削弱了GEO卫星多路径和伪距偏差的影响。由于窄巷UPD估值受未模型化误差影响较大,本文改进了窄巷UPD估计的策略,该策略利用上一历元成功估计的窄巷UPD对当前历元的浮点模糊度进行改正,剔除了残差较大的浮点模糊度,修正固定错误的整周模糊度,从而提高了窄巷UPD的精度和稳定性。利用估计得到的UPD产品,本文实现了联合GEO、IGSO和MEO卫星的北斗非差PPP模糊度固定,并对其定位性能进行分析。结果表明：联合GEO、IGSO和MEO卫星的PPP固定解的首次固定时间和收敛时间均可以缩短到30 min以内;6 h后的E、N、U方向的定位误差由（1.35、0.35、2.75）cm减少到（1.07、0.26、2.24）cm,分别减少了20%、27%和18%。     

GEO卫星对BDS-3伪距单点定位性能定量提升分析

地球静止轨道（GEO）卫星是北斗卫星导航系统（BDS）星座的主要组成部分,为分析其对北斗三号（BDS-3）定位性能的影响,本文基于MGEX跟踪站实测数据,分析了GEO卫星对BDS-3伪距单点定位精度的影响．经研究发现,GEO卫星能有效改善BDS-3卫星可见数与卫星空间几何构型,能有效提升BDS-3伪距单点定位精度,北斗二号（BDS-2）／BDS-3 GEO卫星使BDS-3伪距单点定位精度的提升量优于任一单系统GEO卫星,GEO卫星对BDS-3伪距单点定位水平向定位精度提升在30％以内,对高程方向定位精度提升在20％以内．      

北斗卫星导航系统广播星历精度分析

针对系统地评估我国北斗卫星导航系统广播星历精度与保障实时导航定位服务的需求,对BDS广播星历提供的卫星轨道、钟差以及用户测距误差(URE)的精度性能进行分析,统计了2015年连续4周全部BDS在轨健康卫星的广播星历各项精度指标值。分析结果表明:BDS的MEO和IGSO卫星轨道精度优于GEO卫星结果,且径向精度优于法向和切向精度;BDS搭载的国产星载铷钟卫星钟差序列相对比较稳定,其均方根误差优于4ns;GEO/IGSO卫星的用户距离误差(URE)在6m以内,MEO的URE优于20m。研究结果对北斗系统的建设、后期的发展和用户市场的拓展,都具有重要的参考价值。     

北斗高精度长弧历书模型设计

历书参数可同时用于辅助常规导航和自主导航的信号捕获。延长历书参数的有效期不但可以使地面接收机启动时充分利用历书数据,对于基于星间链路观测的自主导航,历书参数的有效期还决定了地面注入历书的频度和占用的星上存储资源。通过对北斗3类导航卫星主要摄动力及其对轨道根数的长期项和长周期项的影响分析,设计了以6个轨道根数和5个摄动参数为播发参数的历书拟合模型。以一个自主运行周期90 d为时间尺度,对北斗在轨卫星进行了长弧段历书拟合试验,并同时分析了卫星位置和速度的拟合精度。结果表明新的历书拟合模型提高了历书拟合的精度,尤其对于地球静止轨道和倾斜地球同步轨道卫星,拟合精度提高显著。对于GEO和IGSO卫星,位置拟合误差大约从200 km降低至十几千米甚至几千米,速度拟合误差大约从15 m/s降低至0.6 m/s,新方法拟合精度提高了约20~30倍;对于中圆地球轨道卫星,无论采用哪种历书模型,位置拟合误差都在5 km左右,速度拟合误差都在0.6 m/s左右,新方法拟合精度提高约15%。针对星间链路卫星10 km位置误差上限的使用需求,对比了新老历书模型的拟合弧长,常规模型最大拟合弧长约为14 d,而新历书模型的最大拟合弧长可延长至45 d,新历书模型延长了历书使用期限,优化了北斗历书模型设计。     

基于三频SNR数据探测北斗GEO卫星多径效应

多径误差是全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）高精度实时定位的主要误差源。由于多径效应具有时变特性且与观测环境有关,难以有效探测与剔除,尤其是动态定位领域。鉴于多径效应对于同颗卫星不同频率观测值影响不同,本文采用三频信噪比（signal-noise ratio,SNR）频率间差分数据,设计算法探测北斗对地静止卫星（geostationary orbit satellite,GEO）多径误差,并依据开阔环境SNR频间差分数据序列进行统计分析,确定其探测阈值。实验结果表明,北斗GEO卫星易受多径误差影响,传统方法难以实时有效探测,本文提出的新方法可有效探测GEO多径误差,并基于设定的阈值对其数据进行降权或剔除,可应用于GNSS数据质量控制。     

低纬度高海拔地区BDS/GPS/GLONASS非差非组合PPP性能分析

本文在简述非差非组合理论模型以及参数估计的基础上,结合IGS/MGEX精密轨道和精密钟差等产品,对地处低纬度高海拔的云南地区进行了BDS/GPS/GLONASS系统非差非组合PPP性能分析。通过试验研究分析得出,在该地区单系统定位模式下可视卫星数为BDS>GPS>GLONASS;组合模式下,BDS系统与其他系统的可视卫星数基本都大于GPS跟GLONASS系统组合,可视卫星数依次为GRC>GC>RC>GR,PDOP值依次为GR>RC>GC>GRC。其中,组合模式下可视卫星数基本是单系统可视卫星数的2~3倍,表明在低纬度高海拔地区BDS系统的贡献大于其他两系统。多系统组合能够获得更好的卫星几何构型,较单系统有显著的优越性。在定位精度上,7种组合模式下定位精度基本能达到厘米至毫米级。     

组合GNSS系统定位数据质量与精度比较分析

本文对组合GNSS系统进行静态相对定位测量与RTK测量试验,研究结果表明:在静态相对定位测量中,BDS的数据利用率、多路径效应误差优于GPS与GLONASS,BDS的定位精度优于GLONASS略低于GPS;组合系统中GPS/BDS与GPS/BDS/GLONASS的定位精度较优,引入GLONASS对定位精度改善的作用不明显。在RTK测量中,当观测条件理想时,GPS/BDS较GPS可见卫星数目多,PDOP值低,中误差小。当观测条件较差时,GPS/BDS较GPS可见卫星数目多,PDOP平均值低,中误差小,限差内固定解获得时间减少76.1%;GPS/BDS/GLONASS较GPS/BDS在中误差、水平精度和垂直精度上更优,限差内固定解获得时间更稳定可靠。     

BDS/GPS单历元短基线动对动定位性能分析

针对在城市峡谷环境下观测卫星较少、观测质量差和周跳频繁,导致动对动定位过程中双差模糊度不连续的问题,提出了一种GPS/BDS组合系统的单历元模糊度解算方法。通过GPS/BDS组合定位提高了卫星的可用数量,利用单历元模糊度固定减弱了周跳频繁带来的影响。实验采用GPS/BDS组合的7组数据,分析了在不同高度角下动对动定位单历元解的模糊度固定率、解算失败率、粗差率和定位精度。结果表明,GPS/BDS组合动对动定位单历元模糊度解算方法,在高遮挡的城市峡谷环境仍然可以取得较好的定位结果。