北斗二代双频数据质量分析

对北斗二代卫星的双频观测数据进行了质量分析,包括伪距多路径误差和信噪比两个方面。大量实测数据测试表明:北斗GEO、IGSO和MEO三类卫星的多路径误差逐渐增大,且B1频点小于B2频点,GPS与北斗MEO卫星的伪距多路径误差相差不大;另外,北斗三类卫星均表现出载波B2的信噪比略大于B1,而GPS卫星则表现出L1载波信噪比要大于L2。     

BDS-3新频点B1C/B2a动态数据特性及PPP精度分析

通过载噪比(CNR)、数据完整率、伪距与载波相位观测值噪声和伪距多路径效应四个指标对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)新频点B1C/B2a车载动态数据的特性进行了分析,测试了BDS-3新频点动态精密单点定位(PPP)的性能,并与其它全球卫星导航系统(GNSS)进行了对比. 试验结果表明,BDS-3新频点B2a平均CNR优于北斗卫星导航系统(BDS)其它频率,但略差于GPS L5;相较于其它GNSS,BDS数据完整率相对较高,其中BDS-3 B2a新频点数据完整率最高;BDS-3 B2b伪距观测值噪声最小,B1C和B2a伪距观测值噪声约为B2b信号的3倍,但不同频率相位观测值噪声处于同一量级;对于伪距多路径而言,BDS-3 B1C/B2a 信号略小于B2b 信号. 总体而言,GPS L5信号抑制多路径效应的能力最强. 在动态PPP性能方面,BDS-3 B1C/B2a双频组合动态PPP定位精度最优,其三维(3D)均方根(RMS)误差为0.439 m,相比BDS B1I/B3I、GPS L1/L2、GLONASS G1/G2和Galileo E1/E5a双频组合PPP,其精度改善率分别为49%、56%、81%和42%.      

北斗三号系统信号质量分析及轨道精度验证

北斗三号卫星导航系统（BeiDou-3 navigation satellite system,BDS-3）的信号体制经过重新设计,提供B1I、B3I、B1C、B2a以及B2b 5个频点的公开服务信号。从伪距多路径、信噪比、无几何无电离层相位组合（geometry-free ionosphere-free phase combination,GFIFP）观测值特性等方面,对BDS-3卫星公开服务信号的观测数据质量进行分析评估。结果表明,BDS-3卫星信号的多路径噪声水平优于北斗二号系统卫星,且未发现与高度角相关的系统偏差,B1C受多路径及噪声的影响更为显著;不同信号组合的GFIFP序列都呈现出与卫星相关的周期性系统误差,峰值约为2 cm。对BDS-3卫星采用“一步法”精密定轨,分别采用B1I&B3I与B1C&B2a的双频无电离层组合,使用轨道边界不连续性以及卫星激光测距进行轨道精度检核,结果表明,在可用观测数少于B1I&B3I的情况下,B1C&B2a解算的轨道精度达到与B1I&B3I相当的水平,轨道径向的内符合精度分别为6.1 cm、6.6 cm...     

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。     

GNSS接收机伪距偏差确定方法及其对定位的影响

全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）接收机伪距偏差是指卫星导航信号非理想特征导致的不同接收机的伪距测量常数偏差。研究表明,接收机伪距偏差无法被钟差参数吸收,将影响GNSS精密应用。选取了多GNSS实验全球跟踪网的9条零/短基线,将基线按照接收机类型分为3组,即相同厂商相同型号、不同厂商以及相同厂商不同型号,通过双差法确定了每组基线GPS/北斗卫星导航系统(BeiDou satellite navigation system,BDS)/伽利略卫星导航系统（Galileo satellite navigation system,Galileo）的接收机伪距偏差,并分析了接收机伪距偏差的稳定性及其对整周模糊度解算和伪距相对定位的影响。结果表明,不同厂商接收机构成的基线,伪距偏差可达160 cm,即使同一厂商不同型号的接收机间也存在不可忽略的伪距偏差;对于GPS、BDS和Galileo,Galileo伪距偏差最小,BDS伪距偏差最大。此外,接收机伪距偏差具有良好的稳定性,60 d标准差不超过12 cm。接收机伪距偏差改正后,GPS、...     

北斗三号最简系统卫星信号质量分析

截至2018年5月,中国共发射了8颗北斗三号(BDS-3)中圆地球轨道(medium Earth orbit, MEO)卫星,组成北斗三号最简系统,播发了B1C、B2a和B2b新卫星信号,仅有17个国际全球导航卫星系统监测评估系统(international global navigation satellite system monitoring and assessment system, iGMAS)跟踪站能够接收到BDS-3卫星信号。选用17个iGMAS观测站10 d的观测数据,从数据完整率、信噪比、多路径效应、电离层延迟和周跳方面进行质量分析,并与GPS L1/L5和Galileo E1/E5a重叠频率对比,评价当前BDS-3卫星信号性能以及iGMAS测站的接收能力。结果表明,装有GNSS_GGR接收机的iGMAS测站的伪距观测值含有较大的粗差,个别装有CETC-54-GMR-4011接收机的跟踪站的周跳现象较严重。通过分析多路径效应可知,BDS-3卫星各个信号中不存在与高度角有关的系统偏差。BDS-3最简系统卫星观测数据质量与GPS L1/L5和Galileo E1/E5a相当,能够满足北斗卫星导航系统正常的工作需求。     

风云三号C卫星星载GPS/BDS实时定轨分析

随着北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite system,BDS)的建设与运行,低轨卫星开始搭载GPS/BDS双系统接收机以实现卫星轨道确定.利用风云三号C(FengYun-3C,FY3C)卫星星载GPS/BDS双频伪距与载波相位观测数据,设置4种仿真试验方案,分别进行星载GPS/BDS在轨实时定轨数据处理,重点进行BDS观测数据对伪距实时定轨和载波相位实时定轨的精度影响分析和算法耗时分析.结果表明,采用伪距观测值,可获得1.0m的位置精度和1.0 mm/s的速度精度;采用载波相位观测值,可获得0.3 m的位置精度和0.3 mm/s的速度精度,且引入BDS观测值后,伪距实时定轨精度降低,相位实时定轨精度有所改善.     

北斗卫星伪距偏差标定及对用户定位精度影响

伪距偏差是指卫星导航信号非理想特征导致的不同技术状态接收机产生的伪距测量常数偏差。本文将伪距偏差作为一种用户段误差,提出基于并置接收机的伪距偏差计算方法和基于DCB参数的伪距偏差计算方法,以实现伪距偏差与其他误差的分离。然后利用实测数据测量了北斗卫星伪距偏差,结果表明伪距偏差标定序列波动STD约为0.1 m,不随时间明显变化,不同地点接收机测量的伪距偏差具有较好的一致性。在1.5 G频段,北斗卫星B1I频点伪距偏差最大。北斗卫星新体制信号B1C伪距偏差最小,较北斗卫星B1I频点伪距偏差明显改善,也明显好于GPS卫星L1C/A频点伪距偏差。在其他频段,GPS卫星L2C伪距偏差略大于北斗卫星B3I伪距偏差,L5C频点伪距偏差次之,B2a频点伪距偏差最小。最后,利用实测数据分析了伪距偏差对定位精度的影响。结果表明伪距偏差与卫星群延迟参数高度相关。若用户接收机与群延迟参数计算采用的接收机技术状态差异较大,用户接收机定位精度将明显恶化。     

一种北斗星源伪距波动改正方法

北斗伪距观测值中存在与卫星相关的误差,这种误差称为星源伪距波动。为了进一步探究北斗星源伪距波动误差规律,提高定位精度及可靠性,对12个IGS multi-GNSS测站提供的三频数据进行了分析,并在此基础上建立了基于卫星高度角的多项式改正模型。实验表明,星源伪距波动主要存在于北斗IGSO和MEO卫星中,没有在GPS,GLONASS,GALILEO和北斗GEO卫星中发现类似的现象。经改正,自测测站三频伪距多路径组合的RMS分别减少了41.3%,37.2%及11.4%,与卫星高度角相关系数小于0.01。     

三频北斗载波相位观测值质量分析

北斗卫星导航系统已开始播发三频数据,为多频应用研究提供了数据支持。利用实测北斗三频载波相位观测数据,形成三频无几何消电离层组合观测值以及零基线双差观测值,从而进行北斗不同类型卫星的载波相位观测值质量分析,结果表明北斗三频载波相位观测值多路径误差均在3cm以内;三个频率载波相位观测精度均优于2mm。     

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。     

基于北斗系统三频特性的观测质量分析

本项研究在双频消除电离层技术的基础上,根据北斗的三频特性,消除观测值中的几何观测量,得到消电离层消几何观测量的组合值,并且对同一地区两个测站同步观测数据的组合值站间单差处理,在伪距观测和载波观测两个方面,分析各类卫星观测值的噪声和多路径误差的相关特征,预估和评定北斗系统的观测质量。结果表明:地球静止轨道卫星观测值主要影响为多路径误差,非地球静止轨道卫星观测值主要影响为观测噪声。     

铁路场景下的GPS/Galileo/BDS-2/BDS-3观测数据质量的对比分析

针对铁路场景下全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)观测环境较为复杂的问题,利用国际开源软件Anubis,分别基于卫星可见性、数据完整率、多路径效应和周跳比等指标有效评估了铁路沿线8个GNSS站观测数据质量,并通过单北斗二号(Beidou-2,BDS-2)和北...     

北斗三号观测数据质量及定位精度初步评估

开展BDS-3观测数据质量评估对于即将到来的BDS-3应用研究至关重要。本文从载噪比、伪距多路径及观测噪声3方面评估了BDS-3卫星的观测数据质量，在此基础上分析了其标准单点定位和短基线相对定位性能。初步评估结果表明：在载噪比方面，BDS-3卫星的B1I频点比BDS-2卫星高3~4 dB/Hz，B3I频点最高，其余频点大小相当；在多路径方面，BDS-3卫星伪距B2a、B2b和B3I与BDS-2的B3I大小相当，B1I和B1C与BDS-2的B1I、B2I大小相当，且BDS-3各频点的伪距多路径组合中不存在明显的与高度角相关的伪距偏差；在观测值噪声方面，BDS-3卫星与BDS-2卫星各频点大小基本相当。相比于仅使用BDS-2卫星，增加BDS-3卫星可以改善几何图形结构，一定程度上提高伪距单点定位和短基线相对定位的精度。     

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。     

北斗三频数据周跳的探测方法

介绍了利用北斗三频伪距和相位组合探测周跳的原理,给出了一种周跳探测的新方法.研究了多频载波相位组合观测量的选取标准,并利用北斗卫星实测数据进行了仿真试验.结果表明:三频观测量可构造出更多组合特性良好的周跳探测检验量,对于单一频点或多个频点同时发生周跳的情况均可有效探测.     

BDS三频双差载波相位组合平滑伪距算法

针对现有的载波相位平滑伪距算法多基于GNSS双频观测值且在伪距平滑过程中易受电离层延迟累积干扰的问题,提出一种基于北斗三频观测值的载波相位平滑伪距算法。首先通过构建北斗三频优选线性组合,进一步削弱双差载波相位观测值的电离层延迟以及观测噪声;接着通过经典Hatch滤波平滑器,用优选三频双差载波相位观测值代替原始载波相位观测值对组合伪距观测值进行平滑,得到最终伪距平滑解用于伪距定位。最后采用0.004、14.4、61.7和131.6 km这4组不同基线长度的北斗三频实测数据对算法进行验证,给出了平滑前后伪距历元差对比图及算法对4组基线观测值的平滑率。结果表明,所提算法对短基线和中长基线三频观测值的平滑率均能达到90%以上。通过对4组基线条件下平滑效果进行比较分析,验证了本文中的理论推导及算法的有效性。     

一种改进的北斗导航卫星伪距偏差修正策略

针对北斗第二代导航卫星系统的伪距观测值中存在与卫星相关的系统性伪距偏差的问题,该文提出采用加权分段曲线建模方法建立北斗IGSO/MEO卫星观测数据三频改正模型。试验表明,改正后IGSO与MEO卫星的伪距偏差明显削弱。针对GEO卫星伪距偏差问题,提出了一种基于Tikhonov正则化的建模方法;修正后的GEO卫星MP序列的RMS在B1、B2、B3频率上分别下降了35.9%、29.6%、35.8%。为了验证策略的可行性,设计了3套单频PPP定位方案,结果表明:通过改正IGSO/MEO卫星伪距偏差,N、E方向定位精度平均提高了20.2%和13.4%,U方向定位精度平均提高了62.8%;同时改正GEO/IGSO/MEO卫星的伪距偏差时,U方向的定位精度将进一步提高至70%左右。因此本研究提出的BDS-2卫星伪距观测值的修正模型,能有效减弱这些伪距偏差的影响。     

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。     

使用BD-3 B2a反射信号测量水面高度

B2a信号是北斗三号（BeiDou-3 satellite navigation system, BD-3）新增的高宽带信号,具备非常高的伪距测量精度,适合开展基于全球导航卫星系统反射信号（global navigation satellite system-reflectometry, GNSS-R）的水面高度测量。由于BD-3近两年才开始为全球提供服务,基于BD-3反射信号的研究较少。中国科学院国家空间科学中心研发了具备自主知识产权的GNSS-R接收机,接收机专门增加了BD-3 B2a的捕获跟踪功能,可以对直射和反射B2a信号同时进行捕获和跟踪。接收机同时具备了交叉定标功能,能够有效消除由电缆和接收机通道间差异引起的系统偏差。在中国北京市怀柔开展的岸基实验过程中,累计获取了BD-3 B2a、北斗二号（BeiDou-2 satellite navigation system, BD-2）B1I和全球定位系统（global positioning system, GPS）L1C/A反射信号的相关波形数据,成功反演了水面高度并进行了系统偏差消除。数据处理结果表明,基于BD-3 B2a的水面高度在30 s非相干积分时间条件下反演精度达到了5.9 cm,比BD-2 B1I的高度测量精度提高了13 cm,比GPS L1C/A信号的高度测量精度提高了20 cm。