BDS-3新频点信号双频精密单点定位精度分析

北斗卫星导航系统(BeiDou navigation satellite System, BDS)已于2020年7月正式建成并开通, 北斗三号(BDS-3)在旧信号B1I和B3I的基础上, 增加了B1C、B2a新信号. 为了全面评估BDS-3的新信号B1C、B2a的定位性能, 试验了GPS (Global Positioning System)、BDS-3、BDS-2/BDS-3新旧信号的定位性能和BDS系统不同频点与GPS组合定位性能, 对BDS (B1I+B3I、B1C/B2a)+GPS (L1+L2)组合静态PPP (Precise Point Positioning)定位性能进行分析, 并与单卫星系统对比分析. 试验结果表明: BDS-3 (B1C/B2a)在East (E)、\lk North (N)、Up (U)方向的定位精度优于1.25cm、0.89cm、1.67cm, BDS-3新旧频点在E、N方向上定位精度与GPS L1/L2在同一水平上, U方向上新频点定位精度高于GPS L1/L2和BDS-3旧频点, 较旧频点定位精度提升了34.2%, 新频点收敛时间25.9min比旧频点提升了12.7%; 相较于BDS、GPS单系统, 组合系统BDS/GPS定位精度和收敛时间有了明显的提高, BDS-3 (B1C/B2a)+GPS在E、N方向上与BDS-3 (B1I/B3I)+GPS定位精度相当, 在U方向上定位精度前者较后者有了明显的提升, 提升了17.2%, 组合系统新频点收敛时间20.1min比旧频点提升了17.6%.     

北斗星地双向时频传递与广广播钟差精度分析

与其他卫星导航系统不同,北斗卫星导航系统采用星地双向时间比对技术,直接测量卫星钟相对于地面保持的系统时间的钟差,并用于广播电文钟差参数的建模。讨论了电离层延迟误差、卫星相位中心误差等不同误差源对不同类型卫星双向时间同步卫星钟差精度的影响。实测数据分析结果表明,星地双向卫星钟差内符合精度(RMS)优于0.15 ns。利用双向卫星钟差序列,对广播星历钟差参数预报精度进行了分析,统计结果显示广播电文钟差参数预报1 h,精度在2 ns以内,移动卫星刚入境时,钟差参数预报6 h误差可达10 ns。     

北斗卫星导航系统服务精度评估

精度是北斗卫星导航系统(Beidou Navigation Satellite System,BDS)服务指标体系的重要内容.给出了北斗卫星导航系统精度指标的含义及精度指标的评估方法,利用实测数据分析了北斗系统实际实现的精度指标,并将其与GPS系统实际实现的精度指标作比较分析.DOP(几何精度因子)值由卫星导航系统空间星座分布决定,是影响用户定位授时精度的重要因素,比较了北斗与GPS在中国区域DOP值分布的差异.GPS系统PDOP(定位几何精度因子)分布均匀,随用户经度和纬度变化不大,在1.0–2.0之间.而受混合星座影响,北斗系统PDOP分布随着测站经度和纬度变化较大,变化范围为1.5–5.0;且随测站纬度增加而变大,由中心经度(东经118?)向两侧不断变大.对于影响用户等效距离误差的空间信号精度进行了比较分析.利用IGS(国际GNSS服务组织)提供的事后精密轨道、激光跟踪数据和北斗双向时频传递测量的卫星钟差评估了北斗基本导航电文的精度.结果表明:北斗IGSO(倾斜地球同步轨道)卫星和MEO(中轨道)卫星轨道径向误差约为0.5 m,大于GPS卫星轨道小于0.2 m的径向误差.北斗GEO(地球同步轨道)卫星激光残差约为65 cm,IGSO卫星和MEO卫星激光残差约为50 cm.受卫星钟差数据龄期影响,MEO卫星钟差参数误差明显大于IGSO卫星和GEO卫星,约为0.80 m.最后,采用MGEX(多GNSS系统试验项目)多模接收机进行了定位试验,分析了北斗系统和GPS在定位精度上的差异.结果表明:受星座构型影响,北斗卫星导航系统定位精度与GPS系统定位精度相比有所差异,但满足水平定位精度优于10 m、高程定位精度优于10 m的设计要求,双系统组合定位精度好于单一系统定位精度.     

GPS全球电离层TEC的并行算法建模及初步结果分析

根据高精度卫星导航定位和全球电离层活动监测的需要,利用全球370多个GPS基准站的双频相位实测数据,监测全球电离层总电子含量变化和GPS卫星及接收机的DCB。由于数据量大、数据处理时间长,很难实现高精度快速建模,为此我们采用OpenMP并行算法来加快数据处理速度。实验表明,相对于串行处理,并行处理在8核服务器下能加速7倍以上,在48核服务器下能加速超过40倍。将本文的初步建模结果与CODE、JPL等分析中心的结果进行比较,表明用该方法建立的模型是可靠的。其卫星DCB结果相对于CODE发布的结果精度为0.4ns,相对于JPL发布的结果其精度达到0.3 ns。其测站DCB相对于2个分析中心结果的精度均优于2 ns,垂直总电子含量相对于各分析中心的GIM产品的精度都在5.3TECU以内,相对于CODE的结果的精度最高,达4 TECU。     

北斗三号试验卫星的钟差评估及预报

目前,在轨的5颗新一代北斗卫星(北斗三号)可同时向用户播发北斗二号信号与新的卫星信号,而且北斗三号搭载了高精度的铷钟或被动氢钟.因北斗三号的星钟作为卫星导航、定位和授时服务的主要载荷组成部分,为分析北斗三号卫星钟的时频性能,采用北斗数据处理与分析中心估计的卫星钟差产品评估北斗三号卫星钟的频率稳定度、漂移率和准确度.同时,考虑到北斗三号卫星钟精度较差且存在频繁的相位跳变以及数据中断等问题,筛选出了一种最优的钟差预报模型,即对频率数据进行建模并采用抗差估计的方法进行参数估计.实验结果显示北斗三号钟差预报精度相对传统预报模型提升1.6%–61.9%.     

基于“北斗”观测数据的C波段双向卫星时间频率传递中的电离层改正

为了提高C波段双向卫星时间频率传递(TWSTFT)精度,用载波相位观测值平滑伪距的方法,计算电离层延迟对C波段双向卫星时间频率传递的影响。在临潼站和喀什站观测北斗G3星并进行双向比对。该实验结果表明,实验期间C波段双向卫星时间频率传递中电离层延迟影响的最大值为0.47 ns。     

基于iGMAS的北斗三号组网星数据初步分析

北斗卫星导航系统目前已经完成北斗卫星导航试验验证系统和北斗区域卫星导航系统,正在建设北斗全球卫星导航系统,简称北斗三号系统.截至2018年11月,北斗三号系统已经发射19颗组网星.为了了解新发射组网星的信号、数据质量和目前能达到的定轨精度,基于2018年5月18日至28日22个国际GNSS (Global Navigation Satellite System)监测评估系统(iGMAS)跟踪站的数据,从观测噪声和伪距多路径两方面分析比较了最早发射的8颗北斗三号组网星新旧信号的数据质量,分别用旧信号B1I、B3I和新信号B1C、B2a对北斗三号组网星和GPS进行联合定轨实验.实验结果表明,新信号B2a的数据质量与旧信号相当, B1C的数据质量略差于老信号;比较3 d解重叠弧段(48 h)轨道和钟差结果,新旧信号的结果相当, B1I/B3I和B1C/B2a定轨的3维位置精度(3D-RMS)都在35 cm左右,钟差结果基本在0.5 ns以内.     

基于CGGTTS的北斗3号系统时间性能评估

依据国际时间频率咨询委员会(Consultative Committee for Time and Frequency, CCTF) GNSS (Global Navigation Satellite System)时间比对工作组制定的时间传递标准(Common GNSS Generic Time Transfer Standard Version2E, CGGTTS_V2E), 针对GNSS接收机观测到的伪距信号开发了数据处理软件, 用于生成标准格式的CGGTTS文件, 并对其可靠性进行了验证. 结果表明, 与sbf2cggtts软件生成的CGGTTS文件相比, 在同一历元下, 分别利用相同GPS和BeiDou-2卫星观测值计算的星地钟差值基本一致, 互差绝对值不超过0.5ns的差值分别占总数的96%、94%. 以中国标准时间UTC(NTSC) (Coordinated Universal Time (National Time Service Center))为参考, 利用数据处理软件分别对BeiDou-2和BeiDou-3卫星的B1I和B3I双频消电离层组合观测值处理并生成标准格式的CGGTTS文件, 通过分析其星地钟差参数对BeiDou系统时间的性能进行评估. 结果表明, 与BeiDou-2相比, BeiDou-3系统时间的内符合精度提高约28%, 且1 d以上中长期频率稳定度明显优于BeiDou-2.     

融合IGS和CMONOC的GPS数据反演实测电离层研究

利用国际卫星导航系统服务以及中国大陆构造环境监测网络的实测数据,构建电离层球谐模型SHAG(Shanghai Astronomical Observatory global model),并与欧洲定轨中心(Center for Orbit Determination in Europe,CODE)提供的电离层数据比较,得到如下结果:1)在全球范围内,二者解算的卫星硬件延迟误差的均方根值(root mean square,RMS)为0.11 ns,观测站硬件延迟误差的RMS为0.59 ns;2)对于中国大陆及邻区,二者电离层总电子含量(total electronic content,TEC)的RMS为2.1 TECu(1 TECu=0.35 ns),但SHAG模型解算观测站TEC更接近GNSS双频解算的结果;3)通过与数字测高仪的观测资料比较,发现SHAG模型解算的电离层结果可较好地描述不同观测站区域的电离层变化趋势。综合结果表明,中国大陆构造环境监测网络数据的大量引入改善了SHAG模型的中国区域电离层特性,能较好地描述中国区域电离层空间分布及变化特征。     

基于GPS与三轴磁强计的联合导航算法

为了修正近地轨道(小于1000 km)地磁场模型,提高导航的精度,在地磁导航系统中引入GPS作为一个新的测量设备,提出了一种基于三轴磁强计与GPS的联合导航算法．该算法取卫星的位置和速度向量作为状态向量,建立状态方程;取卫星周围的磁场强度和GPS接收的信号作为观测量,建立观测方程;并以GPS确定的轨道状态量为标准量,去估计磁场模型参数的修正量,构成冷备冗余导航算法．仿真结果表明,提出的导航算法对轨道位置的估计误差小于50 m,速度的估计误差小于0．1 m／s,导航算法的精度和收敛性都优于使用单一地磁导航的系统．     

射电源结构对VLBI天体测量的影响

目前利用VLBIMK3系统确定的延迟测量的精度约为30ps,在这样的精度下,改善计算延迟的理论模型,考虑各种微扰改正（包含30ps量级）是非常重要的。在VLBI天休测量和测地计算的各种软件中,至今尚未计及射电源结构对延迟的影响。本文利用两子源模型对源结构延迟的大小及随时间的变化进行了计算,讨论了源结构延迟对VLBI天测和测地参数的影响,指出：（1）除对某些VLBI天测的射电源作长期的监测与研究,给出它们的双频综合图外,对大多数源可采用简单的两子源模型;（2）源结构对延迟的影响主要依赖于基线相对于源形态的主要特征的空间投影;（3）源结构延迟对天测和测地参数的影响达厘米和亚毫角秒量级。     

用非差分方法确定单颗导航卫星的轨道

在导航系统中有时需要对单颗导航卫星进行定轨.此时由于无法组成常用的同历元单差或双差以消除卫星钟差或接收机钟差,有必要发展新的定轨策略和精度分析.该文以GPS为例,讨论在不依赖于星站间时间同步的情况下,对单颗导航卫星进行精密定轨.首先分析了GPS卫星钟差以及GPS接收机钟差的特性,发现在一定间隔内钟差主要表现为线性变化,而在去除这一线性项后,非线性钟差在3 m以内.利用GPS的伪距对单颗卫星定轨,在将钟差的主要部分作为测距的偏差和偏差变化率后,伪距测量量等价于常见的测距测量量.在利用等价的测距测量量定轨时可同时解算出偏差和偏差变化率参数.为验证该方案的可行性及其定轨精度,利用实测GPS观测数据进行了试验.结果表明,此种定轨方案定轨的径向精度优于4 m.考虑到GPS接收机的频率信号是由普通的晶振产生的,如果地面接收机采用原子钟提供的频率标准,其钟差的非线性部分将更小.模拟计算表明,采用本方案可以期望得到更高的定轨精度.     

基于中国部分城市气象条件的对流层延迟分析

随着用户对卫星定位导航精度要求的提高,对流层大气延迟影响将更加明显,需要进行延迟改正.对比分析了对流层大气延迟理论的主要映射函数模型,讨论了我国部分测站NMF(Niell Mapping Function)、VMF1(Vienna Mapping Function 1)和GMF(Global Mapping Function)的静力学映射函数和湿映射函数的分布情况,分别采用上述3种映射函数研究了我国部分城市气象条件下的对流层延迟.从运算结果分布曲线可知,所选测站的VMF1和GMF静力学映射函数曲线呈年周期余弦分布且大致相同,而NMF静力学映射函数值总体大于前两者;VMF1湿映射函数受气候变化影响较大,呈近似余弦函数分布,且VMF1和GMF呈近似夏季最小、冬季最大的分布.10°高度角下,所选测站斜延迟均呈现年周期余弦曲线分布,随着纬度的增加,斜延迟呈减小趋势,且呈夏季最大、冬季最小的分布,最大、最小值差约为2 m.     

第22周上升期地磁扰动的初步分析(英文)

本文讨论第22周上升期的地磁瞬变及共转扰动。本活动周的地磁活动从1987年夏季开始上升。1988年起出现K_P≥6级扰动持续3小时以上的强主相磁爆,但多数磁爆是S(C)型延迟主相磁爆。 1988年第一、二次联测期间磁扰很弱,K_P指数基本上不超过4级。第三次联测期间发生几个中等强度的磁扰,象是冕洞引起的重现性扰动。6月28日日面S19E22发生的M6.5/2B耀斑,245MHz射电流量峰值达230,000单位,但未引起显著的地磁扰动,可能是耀斑的持续时间太短,只有13分钟。 第四次联测期间12月15日在N26E59,持续时间为128分的X1.1/1N耀斑,和12月17日在N26E37、持续184分的X4.7/1B耀斑。有两个急始型磁扰对应:12月16日的S(d)型短期弱扰动和12月17日的S(b)型强急始脉冲或小型磁暴;12月25,观测到一个典型的缓始但有明显主相的磁暴(图2)。形态相似的扰动也在4月22日(活动区在50～60°W)观测到,可能有冕洞发生在活动区所在经度附近,图1和所示的两个磁暴起源、结构都完全不同。前者对应于耀斑激波,后者对应于冕洞高速流。 图3画出1987和1988年的地磁C,指数的共转变化。从图4可以看出上述不断出现的共转扰动正是第21周似稳共转扰动的再现,预计冕洞也有相似的日面经度分布,值得注意的是1989年3月的巨大日地扰动事件恰好发生在第15卡林顿日     

大太阳事件日地总体效应分析的一个例子(英文)

本文分析1986年2月4日3B/X3.0大耀斑及2月6日3B/X1.7大耀斑事件的日地总体效应。2月4日耀斑是第21周第169次X级x射线耀斑,第15个X3级耀斑,引起的质子事件是第21周第57个,>10MeV积分流量为130粒子/厘米~2.秒.球面度,粒子流产生的磁暴是19周1960年11月13日磁暴(Ap=280)以来最大的一个(Ap=202),也是1932年以来第9个大磁暴。 本文从太阳活动区演化、光学耀斑、X射线耀斑、黑子面积、X射线流量变化、太阳质子、电子、α粒子能谱、卫星高空地磁场记录、中子堆吸收、太阳风、宇宙线及地磁、电离层资料等参数,用计算机和数字化仪将这些参量画在同一时间尺度坐标上,得到太阳耀斑的光辐射和粒子辐射效应及其瞬时和滞后效应的时间序列,并作分析研究。 选择高纬南极中国长城站地磁台,低纬Honolulu台,中纬Kakioka台,北京台,Bonlder台和接近北极的Barrow台等6个地磁台磁暴急始及磁暴期间的地磁场D.H.Z.各分量形态和幅度进行分析比较。并对地磁A_p、D_(st)指数作了分析。 进一步对大事件磁暴空间环境引起的卫星异常如卫星充放电异常ESD发生在1986年2月8日、12日、以及SEU卫星异常发生在2月5日的资料作了分析。 同时,北大西洋高频无线电传播在磁暴主相后严重衰减,美国电力公司报导电压下降3％的短期效应,高频接收减低,另