北斗三号广播星历空间信号测距误差分析

全球导航卫星系统(GNSS)的空间信号测距误差(Signal-In-Space Range Error,SISRE)是影响大地测量用户定位与授时性能的主要因素。本文利用武汉大学提供的2019年事后精密轨道和钟差产品,对北斗三号(BDS-3)广播星历轨道、钟差参数和SISRE精度进行评估与分析。结果表明,北斗三号各MEO卫星广播星历轨道的径向、切向和法向的精度(以RMS表征)分别优于0.12 m、0.60 m和0.50 m,卫星的3D轨道精度基本能够达到0.6 m;BDS-3卫星广播星历钟差参数呈现出明显非零均值偏差,所有卫星钟差参数均方根误差的平均值为0.42 m;仅考虑轨道误差影响时,BDS-3卫星广播星历SISRE值均小于0.15 m,同时考虑钟差参数误差的影响,BDS-3广播星历的SISRE平均值达到0.51 m。     

GLONASS卫星广播星历精度分析

讨论了对GLONASS卫星广播星历进行误差分析采取的方案;通过对GLONASS广播星历与IAC分析中心精密星历与钟差产品的比较,分析了连续两周所有健康GLONASS卫星的广播星历轨道及钟差的误差特性。分析结果表明：当前GLONASS广播星历轨道误差的径向均方根误差在1 m以内,切向均方根误差在6 m以内,法向均方根误差在4 m以内,GLONASS钟差误差均方根误差在15 ns以内;从空间信号测距误差(SISRE)分析, GLONASS卫星广播星历整体精度优于4.5 m。     

北斗卫星广播星历精度分析

讨论了BDS卫星广播星历精度分析方案,通过BDS卫星广播星历与IGS MGEX的GBM分析中心精密星历产品进行比较,统计分析连续一个月所有在轨健康BDS卫星的广播星历轨道及钟差的误差特性。结果表明：1）当前BDS卫星广播星历轨道误差的径向均方根误差在1 m以内,GEO类型卫星的轨道切向、法向精度在8 m以内,IGSO、MEO类型卫星的轨道切向、法向精度在4 m以内;2）BDS卫星钟差误差与轨道类型没有关系,其精度在10 ns左右;3）从空间信号测距误差（SISRE）角度分析,BDS卫星广播星历整体精度与BDS卫星轨道类型关系不明显,BDS卫星广播星历整体精度优于2 m。     

BDS/GNSS精密单点定位性能分析

首先采用国际上通用的德国地学中心（GFZ）与武汉大学（WHU）精密产品,对GNSS精密卫星轨道和精密钟差产品精度进行初步评估;然后基于WHU精密轨道和钟差产品对18个分布于东半球的MGEX地面站进行多系统定位测试,同时也对BDS的B1I/B3I与B1C/B2a两组新、旧频点的精密单点定位性能进行对比分析。结果表明：1）四大导航系统（GPS、GLONASS、BDS、Galileo）的卫星轨道产品精度均在cm级,精密钟差内符合精度均优于0.1 ns,北斗三号（BDS-3）卫星钟精度相比北斗二号（BDS-2）有显著提升。2）亚太地区BDS的定位精度优于其他3个系统;在其他地区,GPS定位精度最优（与Galileo基本相当）,优于BDS和GLONASS的定位结果。3）BDS PPP平均收敛时间静态模式约为50.33 min、动态模式约为77.83 min,收敛速度略低于GPS、Galileo,优于GLONASS。4）B1C/B2a与B1I/B3I双频消电离层组合PPP定位性能基本相当。     

GNSS广播星历精度评定与对比

以gbm精密星历和钟差作为参考真值，对GPS、BDS、Galileo以及GLONASS四大系统2017-02-01~02-28的广播星历、钟差以及卫星空间测距误差（SISRE）的精度进行对比分析。结果表明，GPS轨道径向、切向、法向的精度为1 m、0.4 m、0.8 m左右，钟差约为2 ns，卫星信号测距误差（SISRE）约0.4 m；BDS不同类型卫星表现出很大差异；Galileo卫星的径向、切向、法向的精度为0.3 m、0.3 m、0.2 m，钟差约3 ns，SISRE约1 m；GLONASS卫星的径向、切向、法向精度为0.4 m、1.0 m、0.4 m，钟差约7 ns，SISRE约2 m。     

BDS全球定位服务能力及天顶对流层延迟估计性能评估

基于自行解算的GPS/BDS精密轨道和钟差产品,选取全球均匀分布的9个MGEX观测站1周的观测数据,使用GAMP软件进行BDS静态精密单点定位（PPP）解算,以评估BDS全星座的全球定位服务能力及天顶对流层延迟（ZTD）的估计性能。实验结果表明,BDS静态PPP解算收敛后水平方向精度优于1 cm,高程方向精度在1 cm左右,定位精度已与GPS相当;其天顶对流层估计精度优于1 cm,与GPS PPP解算的ZTD误差的RMS值相差在1 mm以内。总体来说,BDS全星座已具备与GPS相当的全球定位服务能力和ZTD反演性能。     

北斗三号全球系统空间信号精度评估分析

以精密星历和钟差为基准,对BDS-3广播星历的轨道精度、钟差精度和3类空间信号测距误差(signal-in-space range error, SISRE)精度进行评估。结果表明,BDS-3广播星历的轨道精度明显优于BDS-2同类卫星,其轨道径向RMS精度优于0.18 m,切向和法向RMS精度优于0.6 m;BDS-3广播星历钟差的误差基本小于5 ns,且较BDS-2卫星变化更为平稳,其平均RMS统计精度为1.86 ns,平均95%统计精度为3.23 ns,均优于BDS-2卫星;BDS-3卫星仅受轨道影响的SISRE、全球平均SISRE和最差SISRE的RMS统计精度分别为0.12 m、0.58 m和0.60 m,相应95%统计精度分别为0.22 m、0.99 m和1.02 m,较BDS-2均有明显提升。     

GNSS融合动态精密单点定位性能分析

基于武汉大学PANDA软件生成的GPS/GLONASS/BDS/Galileo四系统精密轨道和钟差产品,采用MGEX跟踪站多模观测数据进行试算,对GPS、GPS/BDS、GPS/GLONASS、GLONASS/BDS、GPS/GLONASS/BDS以及GPS/GLONASS/BDS/Galileo 7种模式的动态精密单点定位的精度和收敛性进行比较。结果表明：1）BDS动态PPP收敛速度较慢,收敛后精度能够达到cm级;2）GPS/BDS融合定位北方向分量精度不如GPS单系统定位,但东方向和高程方向分量收敛速度和定位精度都得到改善;GPS/GLONASS和GLONASS/BDS融合定位提高了东方向、北方向和高程方向分量的收敛速度和定位精度;3）GPS/GLONASS/BDS融合定位20 min即可收敛,收敛后平面精度优于1 cm,高程精度优于3 cm;Galileo的引入对收敛速度和定位精度的改善不明显。     

Galileo卫星导航系统初始运行阶段单点定位性能评估与分析

基于多GNSS实验跟踪网（the multi-GNSS experiment,MGEX)的实测数据，对当前Galileo单系统标准单点定位（SPP）和精密单点定位（PPP）性能进行评估与分析。结果表明：1）Galileo双频标准单点定位的水平精度优于2 m，垂向精度优于4 m；2）GAL-201、GAL-202可用于SPP解算，引入二者之后，平均定位可用率提升10%，达到80%以上；3）当观测时长为3 h时，Galileo静态PPP可达到水平方向优于5 cm、垂向优于7 cm的定位精度；而随着观测时长的增加，其精度逐步提高，当观测时长为24 h时，水平精度优于1 cm，垂向精度优于3 cm。     

MGEX和iGMAS的多系统轨道和钟差产品精度分析

采用分析中心间互比、SLR残差检核、卫星钟差拟合以及阿伦方差等方法对MGEX和iGMAS提供的多系统轨道和钟差产品精度进行综合分析。结果表明，GPS和GLONASS卫星的轨道精度分别在1.0~1.3 cm和2.0~3.6 cm，其中iGMAS提供的轨道产品较优。Galileo卫星的轨道一致性在10~17 cm，采用ECODE2模型或附加先验模型可有效提高轨道精度。BDS GEO卫星的轨道一致性在数m级，径向精度约为25 cm；IGSO和MEO卫星的轨道一致性分别在21~40 cm和11~18 cm左右，且径向精度分别优于10 cm和5 cm。MGEX和iGMAS提供的GPS和GLONASS卫星的钟差精度较好，但稳定性和可靠性仍有待提升。Galileo卫星的钟差一致性约为0.2~0.4 ns，且钟差产品中吸收了未被模型化的轨道误差。BDS GEO、IGSO和MEO卫星的钟差一致性分别在0.35~0.46 ns、0.25~0.33 ns和0.11~0.21 ns，其中CODE提供的BDS IGSO/MEO卫星的钟差产品受偏航姿态模式影响较大。     

Galileo广播星历评估及其对定位精度的影响

分析现阶段伽利略空间信号的精度，并评估伽利略广播星历及其对单点定位的影响。统计30 d健康卫星广播星历，结果表明，FOC和IOV两种类型的广播星历卫星轨道误差优于0.8 m，并且径向误差最小，法向误差次之，切向误差最大；伽利略卫星的钟差误差精度达到1.0 ns；从空间信号测距误差对伽利略卫星进行整体分析，广播星历精度优于1.0 m，FOC与IOV卫星精度相当；用广播星历进行事后单点定位的精度可以达到dm级。     

不同截止高度角多模GNSS组合单点定位性能分析

讨论多模GNSS时空统一方法,建立多模单点定位数学模型。采用8个测站的实测数据,对比单GPS与GPS/GLONASS/BDS/Galileo四大GNSS组合多模系统在截止高度角分别为15°、30°、45°时的单点定位性能。结果表明,15°时,多模较单GPS定位精度有一定改善,但效果不明显| 30°、45°时,单GPS不能实现实时定位,多模则能提供稳定可靠的实时定位结果。在北斗卫星导航系统可见卫星数较多的亚太区域,95%以上历元可用,水平方向偏差RMS<8 m,高程方向偏差RMS<20 m,对城市峡谷和密林中导航具有一定的参考价值。     

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基于PPP的iGMAS综合产品应用测试

基于iGMAS产品综合与服务中心（ISC）发布的ISC产品及德国波茨坦地学研究中心（GFZ）发布的GBM产品和GBM钟差重采样后的GBM-300 s产品对MGEX测站进行多系统的精密单点定位（PPP）测试，对2018-01-01～01-15全球15个MGEX测站的定位精度、收敛速度、ZTD求解精度和测站钟差求解精度进行分析。结果表明，在北斗PPP方面，使用ISC产品的3D定位精度和收敛速度优于GBM产品0.89 mm和 24 min，ZTD解算精度和测站钟差求解精度优于GBM产品0.3 mm和0.02 ns；在GPS、GLONASS、Galileo单系统PPP和四系统组合PPP方面，使用ISC产品的ZTD求解精度和测站钟差求解精度同GBM产品互差小于1.5 mm和0.05 ns，两者性能一致，没有明显差别，但使用ISC产品的PPP定位精度在高程方向低于GBM产品2~3 mm，收敛速度慢于GBM产品5~20 min。通过分析iGMAS产品的精度和服务的可靠性，为现阶段iGMAS产品性能的进一步提升给出建议。     

华为P30手机GPS/BDS/GLONASS/Galileo观测值随机模型优化及定位性能分析

针对P30智能手机采用GPS/BDS/GLONASS/Galileo等多系统定位时的随机模型进行研究,重点对使用多系统手机观测值定位时的伪距噪声进行评估,并分析不同随机模型对手机伪距单点定位精度的影响。结果表明,华为P30智能手机不同系统卫星伪距噪声差异较大,GPS、BDS、GLONASS、Galileo的伪距噪声中误差分别为5.30 m、2.75 m、7.92 m和1.07 m。采用信噪比+系统间加权的随机模型时手机终端的定位性能最优,相比于传统高度角模型,该随机模型在E、N、U方向上的伪距单点定位精度分别提升了36.12%、25.79%、31.30%。     

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基于SSR信息的GPS实时精密单点定位性能分析

连续接收10 d CNES实时播发的以状态空间表示的数据流信息，数据流的完整性可达91.769%；结合卫星广播星历实时恢复精密卫星轨道与钟差得出，CNES播发的实时数据流轨道三维位置精度优于4.5 cm，钟差精度优于0.09 ns。用得到的卫星轨道和钟差对10个IGS测站10 d观测数据进行精密单点定位解算，得出基于SSR信息的RTPPP可以实现23 min收敛到10 cm精度的定位性能，单天解三维点位精度优于3 cm。