高精度北斗/GPS接收机性能和精度浅析

北斗卫星导航系统(BeiDou(COMPASS)Navigation Satellite Systen)是中国正在实施的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统。本文对北斗导航系统和GPS导航性能做了较为详细的分析比较,结合北斗/GPS兼容机试验数据,得出一些实验性的结论以供参考和探讨。     

基本星座下北斗卫星导航系统服务性能分析

系统服务性能是卫星导航系统的关键技术指标。在分析可见性、几何精度因子等系统服务性能指标的基础上,采用图形显示技术和计算机仿真技术,设计实现了导航系统服务性能分析软件。重点针对现阶段基本星座下3颗地球同步轨道卫星（GEO）,3颗倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）的北斗卫星导航系统服务性能进行了仿真分析,对比了北斗卫星导航系统（COMPASS）与GPS兼容后在中国地区测量精度的变化。     

北斗卫星导航系统简介

北斗卫星导航系统[BeiDou（COMPASS）Navigation Satellite System]是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统,促进卫星导航产业链形成,形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系,推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。     

GNSS全球卫星导航系统发展概况及最新进展

随着卫星导航技术的不断进步,GNSS全球卫星导航系统得到了快速发展和广泛应用。概述了GNSS系统的发展历程及研究现状,介绍了目前全球四大卫星导航系统GPS、GLONASS、Galileo和COMPASS的概况与最新进展,讨论了GNSS系统未来的发展方向。     

基于JXCORS基准站的北斗伪距单点定位精度分析

为加快北斗导航系统在中国及亚太地区的推广应用,以JXCORS基准站点数据为基础,对接收的北斗导航卫星和GPS导航卫星数据进行处理,分析基准站点可见卫星的变化及DOP值变化,比较北斗与GPS伪距单点定位的精度与性能。结果表明,北斗伪距单点定位的精度与GPS伪距单点定位的精度和性能相当。     

北斗积极开展国际交流与合作

为使北斗卫星导航系统为全球提供高质量的定位、导航和授时服务,推动世界卫星导航领域技术和应用的发展,我国在频率协调、兼容与互操作、卫星导航标准等方面积极开展了国际交流与合作。     

国外卫星导航系统星间链路发展研究

利用星间链路提升卫星导航系统性能已成为全球卫星导航系统的重要发展趋势之一。以GPS为代表的国外卫星导航系统都在积极发展星间链路。我国北斗卫星导航系统也将在新一代全球导航卫星上搭载星间链路,目前已开展在轨试验。通过国内外文献查阅和跟踪研究,系统梳理比较了GPS,GLONASS和Galileo三大全球系统已投入使用和正在论证的星间链路技术方案。在此基础上归纳了星间链路的发展特点与趋势:1)星间链路的设计不再局限于实现自主导航,更倾向于通过星地联合实现增强提升导航性能;2)星间链路的发展当前以高频段射频星间链路为主,激光星间链路是未来的发展方向;3)星间链路测距通信将主要采用时分多址体制。相关研究成果对我国北斗卫星导航系统星间链路的发展具有借鉴意义。     

GPS技术在公路测量中的应用前景探讨

全球定位系统GPS是美国陆海空三军联合研制的卫星导航系统,作为新一代卫星导航和定位系统,不仅具有良好的抗干扰性和保密性,且具有全球性、全天候、连续性、实时性的精密三维导航与定位能力,能为各类用户提供精密的三维坐标、速度和时间。     

SZBDCORS实时定位精度研究

深圳北斗地基增强系统(SZBDCORS)是兼容北斗卫星导航系统、GPS和GLONASS卫星导航系统的多模的连续运行卫星定位服务系统。掌握不同卫星系统组合的网络RTK实时定位精度,对提高SZBDCORS定位性能具有重要作用。本文对GPS/GLONASS、GPS/BDS、BDS、GPS四种不同差分信号的定位精度进行研究分析。     

BDS+GPS双系统多频RTK算法研究

目前北斗卫星导航系统（BDS）已建成区域导航星座,并具备了覆盖亚太地区的导航定位服务能力。作为全球第一个全星座播发三频卫星导航信号的卫星系统,北斗三频RTK定位性能进入实测验证阶段,而且BDS+GPS双系统多频RTK定位算法也待进行算法验证。本文基于非组合RTK定位模型,采用Kalman滤波算法,并根据在成都实测的BDS三频与GPS双频数据,对各种定位模式下的定位性能进行分析和比较。结果表明,该算法可以兼容不同解算系统和不同频率组合的要求,可以实现多频多系统RTK定位。双系统联合定位精度要高于各个单系统定位。在卫星几何构型较好的情况下,三频定位精度相对于双频短距离RTK定位精度的改善有限,其中BDS单频与GPS单频精度最高。在卫星几何构型较差的情况下,频率的增加可以提高RTK作业的可能性。     

基于时空系统统一的北斗与GPS融合定位

我国的北斗卫星导航定位系统目前已经发射9颗“北斗”卫星,北斗区域卫星导航系统的基本系统已建设完成,正开展星地联调和测试评估工作,已经具备我国范围内的初步三维定位导航能力。本文研究了Beidou和GPS的时间系统/坐标系统的统一、卫星广播星历与卫星位置计算,以及二者的高精度定位算法,并实现了Beidou和GPS载波相位的数据融合和高精度联合定位,最后通过2011年9月29日的实测数据和处理结果证明了本文方法的正确性,同时为北斗二号系统的调试提供相关试验与结果。     

Precise relative positioning using real tracking data from COMPASS GEO and IGSO satellites

China completed a basic COMPASS navigation network with three Geostationary and three Inclined Geosynchronous satellites in orbit in April 2011. The network has been able to provide preliminary positioning and navigation functions. We first present a quality analysis using 1-week COMPASS measurements collected in Wuhan. Satellite visibility and validity of measurements, carrier-to-noise density ratio and code noise are analyzed. The analysis of multipath combinations shows that the noise level of COMPASS code measurements is higher than that of GPS collected using the same receiver. Second, the results of positioning are presented and analyzed. For the standalone COMPASS solutions, an accuracy of 20 m can be achieved. An accuracy of 3.0 m for the vertical, 1.5 m for the North and about 0.6–0.8 m for the East component is obtained using dual-frequency code only measurements for a short baseline. More importantly, code and phase measurements of the short baseline are processed together to obtain precise relative positioning. Kinematic solutions are then compared with the ground truth. The precision of COMPASS only solutions is better than 2 cm for the North component and 4 cm for the vertical. The standard deviation of the East component is smaller than 1 cm, which is even better than that of the East component of GPS solutions. The accuracy of GPS/COMPASS combination solutions is at least 20 % better than that of GPS alone. Furthermore, the geometry-based residuals of double differenced phase and code measurements are analyzed. The analysis shows that the noise level of un-differenced phase measurements is about 2–4 mm on both B1 and B2 frequencies. For the code measurements, the noise level is less than 0.45 m for B1 CA and about 0.35 m for B2 P code. Many of the COMPASS results presented are very promising and have been obtained for the first time.     

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。     

北斗系统及GNSS多星座组合导航性能研究

针对北斗、GPS、GLONASS和GALILEO等单星座系统定位中存在的定位精度不足、可见星不多、定位可靠性不强等问题,研究了一种利用北斗、GPS、GLONASS和GALI—LEO多星座信息在统一坐标系中采用最小二乘法进行组合导航定位的方法。仿真结果表明：北斗与GPS双系统的定位精度优于单纯的北斗系统精度,而采用北斗／GPS／GLONASS／GALILEO多星座组合导航定位能够有效提高用户的定位精度和可靠性,研究成果对北斗系统的精度验证和多星座接收机的实现具有参考意义。     

三星GPS接收机全地形RTK测量精度测试与应用的探索

将GPS,GLONASS、北斗(COMPASS)3种全球定位系统的接收功能集于一身的GPS接收机(以下简称:三星GPS接收机),能接收18颗以上卫星的定位信息,观测条件相对差时,在导航定位、RTK测量方面表现出巨大优势。本次测试中海达公司生产的H32,在各种观测条件下进行RTK精度测试,并对成果精度和观测地形进行对比分析。可以看出,环视图上,被建筑物遮挡50%以内,可完全正常作业;遮挡50~70%,能够得出固定解,但PDOP值会明显增大,可靠性降低。在城市、野外控制作业将降低对点位的要求,对减轻航测外业像控测量的工作量意义重大。     

Assessing the IRNSS L5-signal in combination with GPS,Galileo, and QZSS L5/E5a-signals for positioning and navigation

The Indian Regional Navigation Satellite System (IRNSS), which is being developed for positioning services in and around India, is the latest addition to the global family of satellite-based navigation systems. As IRNSS only shares the L5-frequency with GPS, the European Galileo, and the Japanese Quasi-Zenith Satellite System (QZSS), it has at least at present a limited interoperability with the existing systems. Noting that the L5-frequency capability is under development even for GPS, this contribution assesses the interoperability of the IRNSS L5-signal with the GPS, Galileo, and QZSS L5/E5a-signals for positioning and navigation using real data collected in Perth, Australia. First, the noise characteristic of the IRNSS L5-signal and its comparison with that of the GPS, Galileo, and QZSS L1/E1- and L5/E5a-signals is presented. Then, the L5-observables of combined systems (formed from IRNSS, GPS, Galileo, and QZSS) are assessed for real-time kinematic positioning using the standard LAMBDA method and for instantaneous attitude determination using the constrained LAMBDA method. The results show that the IRNSS L5-signal has comparable noise characteristics as that of the other L5/E5a-signals. For single-frequency carrier phase-based positioning and navigation, the results show better ambiguity resolution performance of L5/E5a-only processing than that of L1/E1-only processing.     

Initial assessment of the COMPASS/BeiDou-2 regional navigation satellite system

An initial characterization and performance assessment of the COMPASS/BeiDou-2 regional navigation system is presented. Code and carrier phase measurements on up to three frequencies have been collected in March 2012 with a small regional network of monitoring stations. The signal and measurement quality are analyzed and compared with the Japanese Quasi Zenith Satellite System. A high level of stability is demonstrated for the inter-frequency carrier phase biases, which will facilitate the application of triple-frequency undifferenced ambiguity resolution techniques in future precise point positioning applications. The performance of the onboard Rubidium frequency standards is evaluated in comparison to ground-based hydrogen masers and shown to be well competitive with other GNSS satellite clocks. Precise orbit and clock solutions obtained in post-processing are used to study the presently achievable point positioning accuracy in COMPASS/BeiDou-2-only navigation. Finally, the benefit of triple-frequency measurements and extra-wide-lane ambiguity resolution is illustrated for relative positioning on a short baseline.     

“北斗二号”导航定位系统与GPS伪距单点定位性能对比研究

对GPS系统、北斗二号系统以及GPS/北斗组合系统伪距单点定位的关键技术进行研究,分析了3种导航系统的DOP值。单一系统随卫星高度角的增加,DOP值增大,定位精度下降。GPS伪距单点定位的精度达到2 m,北斗伪距单点定位的精度在5 m以内,GPS/北斗联合定位的精度和GPS相差不大。     

北斗导航系统在四川抗震救灾中的应用实践与启示

重点介绍了我国自主建设的北斗卫星导航系统在四川抗震救灾中的成功应用与实践。该系统在搭建指挥网络、报知灾情险情、保障应急定位及提供信息服务上具有明显的功能优势和应用潜力。作者指出,“救灾导航”理念应纳入国家减灾救灾和突发事件应对战略,基于北斗的抢险救灾导航保障应形成常态化、规范化的应急保障模式。     

多卫星系统融合精密单点定位性能分析

随着全球四大卫星导航系统格局的成型,卫星定位系统已从单系统模式发展为如今多系统、多频率融合定位、交互操作的模式。在分析多系统精密单点定位模型及各误差项处理策略的基础上,利用RTKLIB进行GPS,GLONASS,GALILEO,BDS多系统融合精密单点定位试验,并分析其动/静态定位性能。实验结果表明:在单系统空间几何构型较差的情况下,多系统融合精密单点定位较单GPS定位精度可提高20%~40%,收敛时间可缩短35%~50%;在截止高度角超过40°的情况下,单系统会因可见卫星数量不足而无法完成连续定位,而多系统仍能实现高精度的连续定位。这在城区、山区或卫星遮蔽较严重的不利环境中有重要的利用价值。