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%.      

BDS-3新频点单点定位研究

针对目前有关北斗卫星导航系统（BDS-3）中MEO卫星（BDS-3M）增加的B1C、B2a新频点单点定位研究较少的现状,本文开展了基于新频点B1C、B2a的双频单点定位试验,结合国际GNSS监测评估系统（iGMAS）5个跟踪站连续10 d的数据,对BDS-3的新频点进行数据质量分析、双频伪距单点定位（SPP）和双频静态精密单点定位（PPP）研究,并与GPS的L1、L2频点和BDS-3的B1I、B3I频点进行对比。试验结果表明：在伪距单点定位方面,BDS-3新信号在E、N、U 3方向的精度分别优于10、12、11 m,低于GPS的L1、L2双频伪距单点定位和BDS-3的旧频点双频伪距单点定位精度;在精密单点定位方面,BDS-3新频点在收敛速度方面略低于GPS的收敛速度,BDS-3新信号在E、N、U 3方向都能达到分米级精度。     

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...     

北斗新一代试验星观测数据质量分析

5颗北斗新一代试验星搭载了包括B1C、B2a和B2b的诸多新体制民用信号,并且为了与北斗区域系统平稳过渡而搭载了B1I和B3I两个旧体制信号。采集了来自国内的6个监测站7 d的试验星观测数据,针对信号载噪比和码伪距多路径偏差分析了新一代试验星观测数据质量。结果表明,新一代试验星信号的各项指标整体较北斗区域系统卫星更好。前者载噪比较高,虽然仍发现了部分测站数据微小的多路径波动,但通过实时相位平滑伪距的方法可以很好地消除之;新一代试验星上B3I与B1I频点的载噪比最大,B2a和B2b次之,B1C的载噪比最小,且不同测站的观测结果存在明显差异;新一代试验星各频点的MP基本相同,但B2a、B2b和B3I频点MP的RMS明显小于B1I和B1C频点的结果。     

北斗三号观测数据质量分析

2020年年底北斗三号卫星导航系统将全面建设完成,北斗三号沿用了B1I和B3I两个信号,并新增B1C和B2a两个新民用信号。为分析各个信号的观测数据质量,该文选取6个境外iGMAS连续跟踪站15 d的数据对北斗三号的观测数据质量进行分析,从信噪比、伪距多路径、数据完整率、数据饱满度和数据连续性5个方面,综合对比了北斗二号和北斗三号新旧信号的数据质量,并将北斗三号与GPS和Galileo在兼容互操作频点进行对比。结果表明:北斗三号的信噪比优于北斗二号,在兼容互操作频点上也比GPS和Galileo高1～2 dB-Hz;北斗三号B1C的伪距多路径误差比GPS大10 cm左右;北斗三号的数据完整率要比Galileo高,略低于GPS;在数据饱满度和连续性方面,北斗三号优于GPS和Galileo。     

北斗三号精密单点定位精度分析研究

2020年7月31日,北斗三号全球卫星导航系统(BDS-3)正式开通.BDS-3增加播发B1C、B2a新信号,结合原有北斗二号(BDS-2)的B1I、B2I、B3I信号,5个频点形成7种消电离层组合,进行双频精密单点定位(PPP)研究,结果表明所有组合PPP定位精度在厘米级.     

BDS-2/BDS-3/GPS/Galileo双频精密单点定位精度分析与评价

由于北斗卫星导航系统(BDS)已完成正式组网,有必要对BDS的定位性能进行精度评估与分析. 本文主要通过在MGEX (Multi-GNSS Experiment)选取8个测站5天的观测数据,以北斗二号/北斗三号(BDS-2/BDS-3)为主分析BDS-2/BDS-3、BDS-2/BDS-3/Galileo、BDS-2/BDS-3/GPS、BDS-2/BDS-3/GPS/Galileo四种不同组合卫星系统静态精密单点定位(PPP)性能,试验结果表明:BDS-2/BDS-3静态PPP在东(E)、北(N)、天顶(U)方向上的定位精度和收敛速度分别优于2.49 cm、2.27 cm、4.04 cm和34.6 min、19.3 min、28.1 min;BDS-2/BDS-3/Galileo静态PPP在E、N、U方向上的定位精度和收敛速度分别优于1.81 cm、1.65 cm、2.94 cm和20.4 min、13.0 min、18.6 min;BDS-2/BDS-3/GPS静态PPP在E、N、U方向上的定位精度和收敛速度分别优于1.67 cm、1.62 cm、2.82 cm和18.3 min、10.2 min、16.1 min;BDS-2/BDS-3/GPS/Galileo静态PPP在E、N、U方向上的定位精度和收敛速度分别优于1.46 cm、1.40 cm、2.45 cm和14.5 min、9.3 min、14.5 min.      

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。     

GNSS频间钟偏差时变特征分析及非组合PPP应用

针对卫星频间钟偏差(IFCB)导致传统精密钟差产品无法直接用于多频精密单点定位的问题，该文在顾及不同频率线性组合观测值噪声放大特性的基础上，推导并提出了包括BDS-3 B1C和B2a频点的多系统IFCB数据处理方法和附加IFCB改正的多频非组合PPP平差模型，研究了不同系统IFCB时变特性及其对三频非组合PPP定位影响。实验结果表明：Galileo和BDS-3系统IFCB振幅变化量级较小，平均分别约为0.4 cm和1.0 cm, GPS和BDS-2系统IFCB振幅变化量级较大，分别达20 cm和4 cm,必须加以考虑；相对于无IFCB改正，单GPS和单BDS-2静态和动态PPP解在水平和高程方向定位精度可显著提高，且PPP定位性能改善主要体现在收敛阶段。有效解决了多GNSS系统精密定位过程中多频观测数据有效融合的问题。     

北斗系统全球电离层建模理论与方法研究

电离层延迟是卫星导航系统的主要误差源.北斗卫星导航系统(BDS )已由区域系统(北斗二号系统,BDS-2 )发展为全球系统(北斗三号系统,BDS-3 ) ,BDS-3星座具有全球覆盖、区域异构的特点,卫星播发了S和L频段多个导航信号,向下兼容 BDS-2的 B1I和 B3I信号,增加B1C、B2a(兼容 GPSL1/L5、GalileoE1/E5a)两个新信号,试验卫星播发了Bs频点信号.     

BDS-3新频点PPP模糊度固定研究

针对BDS-3新频点在精密单点定位解算中的模糊度固定问题，该文采用绝对信号偏差(OSB)改正的方法，对B2a频点在精密单点定位方面的性能进行了研究。首先通过与整数钟差法进行对比实验，验证OSB改正法在模糊度固定方面的可靠性，之后采用该方法对B2a频点构建的双频无电离层组合进行精密单点定位-模糊度固定(PPP-AR)实验，与B1I/B3I的PPP-AR结果进行比较，评估定位精度。结果表明，OSB改正原始观测值的模糊度固定方法有较好的可靠性，收敛速度提升20%,模糊度固定成功率在90%以上；新频点B2a的精密单点定位性能较好，收敛速度和定位精度与B1I、B3I频点相当，采用B2a频点得到的双频无电离层组合在PPP-AR解算时能完成模糊度的快速固定，收敛时间在25 min以内，收敛后误差小于2 cm, B2a频点可用于PPP-AR解算。     

BDS-3双频组合精密单点定位精度分析

针对BDS-2、BDS-3、BDS-2/BDS-3不同双频组合精密单点定位的性能差异,本文分析了BDS-3中7种不同双频组合的PPP精度,并与BDS-2、BDS-2/BDS-3相同频率双频组合PPP精度进行了对比。结果表明,BDS-2和BDS-3相同频率双频组合PPP精度与首次收敛时间相当,其中B2I/B3I组合的PPP精度与首次收敛时间最差,BDS-2/BDS-3组合的定位精度和首次收敛时间相比单一情况有了较大改善。在BDS-3双频组合的PPP方面,B2b/B3I组合的PPP精度和首次收敛时间是BDS-3中7种双频组合PPP精度中最差的,其他6种双频组合PPP定位性能相当。     

BDS-3新频率单点定位性能评估

BDS-3已正式开通全球定位服务,会逐步取代GPS在我国各领域中的应用,因此评估BDS-3的定位性能具有一定的科学指导意义。本文基于多个MGEX跟踪站BDS-3实测数据,评估了BDS-3新频率单点定位性能。研究结果表明,BDS-3卫星可用情况良好,B1C和B2a伪距单点定位精度较优,整体水平精度优于1 m,高程精度优于2 m。B1C/B2a双频精密单点定位精度可以达到厘米级,最高精度达到1 cm左右。     

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多频伪距定位性能分析

北斗卫星导航系统（BeiDou navigation system, BDS）正式开通全球服务,为详细评估BDS-3全球定位性能,以全球16个MGEX跟踪站多天实测数据为基础,采用Net＿Diff软件进行了全球范围内BDS-3单频、双频无电离层组合与双频非组合模型下双频、三频非组合模型和三频无电离层两两组合模型三频伪距单点定位解算试验,并与GPS、Galileo部分频率进行对比。结果表明,在亚欧非地区,BDS-3卫星数与空间几何构型优于GPS和Galileo。BDS-3单频中,B1C、B1I、B2a、B3I的水平与高程定位精度均在米级,与GPS和Galileo对比的定位精度关系为B1C>B1I>L1>B3I> B2a>E1>L2>E5a;BDS-3双频组合中,B2aB3I定位精度较差,不适合进行定位,B1CB2a、B1CB3I、B1IB2a、B1IB3I定位精度较优,与GPS和Galileo对比的定位精度关系为B1CB2a>B1CB3I>L1L2>B1IB3I>B1IB2a>E1E5a>B2aB3I;BDS-...     

BDS-3完整星座多频标准单点定位精度分析

针对正式开通的BDS-3定位性能评估问题,分析了BDS-2、BDS-3、BDS-2/BDS-3标准单点定位精度,并与GPS L1频率进行了对比.结果表明,在卫星可见数与PDOP值方面,BDS-2、BDS-3和GPS相当,BDS-2/BDS-3相比三者有较明显改善;在利用B1I与B3I定位方面,BDS-3定位精度优于BD...     

MGEX差分码偏差产品对BDS-3伪距单点定位的影响研究

为研究不同差分码偏差(differential code bias,DCB)产品对BDS-3伪距单点定位的影响,推导了BDS-3单频和双频无电离层组合伪距单点定位卫星端DCB改正模型,基于多模全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）实验跟踪网发布的中国科学院(Chinese Academy of Sciences, CAS)和德国宇航中心(Deutsches Zentrum für Luftund Raumfahrt,DLR)两种DCB产品,并结合全球不同纬度均匀分布的国际GNSS服务测站连续7天的BDS-3实测数据对B1I、B1C和B2a单频与B1C/B2a、B1I/B3I两种常用无电离层组合伪距单点定位精度进行对比分析。实验结果表明,在B1I、B1C、B2a 3种频率和B1C/B2a、B1I/B3I两种组合中,CAS产品改正后的定位精度整体上优于DLR产品,具体来说,定位精度的平均值在E、N、U 3个方向上分别提高了3 cm、1 cm和6 cm。     

BDS-3多频RTK在不同高度角下定位性能分析

设计了7种不同高度角BDS-3短基线RTK解算实验,参与解算频率包括单频（B1C、B2a、B1I、B3I）、双频组合（B1C/B2a、B1C/B3I、B1I/B2a、B1I/B3I）以及三频组合（B1C/B2a/B3I、B1I/B2a/B3I）。实验结果表明,BDS-3卫星可见数随高度角的增加而降低,PDOP值随高度角的增加而增加;在单频RTK性能方面,B1I和B3I定位性能稳定,受高度角影响较小,但在低高度角（10°～20°）的情况下,B1C和B2a定位性能更优;在双频RTK性能方面,B1I/B3I组合短基线RTK定位性能稳定,即使在极端高度角（40°）时,水平定位精度优于2 cm,高程定位精度优于4 cm;在三频RTK性能方面,B1I/B2a/B3I组合短基线RTK定位性能稳定,即使在极端高度角（40°）时,水平定位精度优于2 cm,高程定位精度优于4 cm。     

BDS-3实时精密单点定位精度分析

基于武汉大学自主研发的GNSS高精度数据处理软件PANDA,本文采用MGEX网测站BDS-2/BDS-3连续一周的观测数据,通过仿实时处理BDS-3精密轨道与钟差产品进行BDS-3卫星实时精密轨道产品重叠弧段评估,实时轨道径向精度优于10 cm,实时钟差STD优于0.3 ns。在此基础上验证分析了BDS-2、BDS-3及BDS-2+BDS-3融合的实时静态PPP与实时动态PPP定位。试验结果表明：BDS-3静态PPP定位精度水平优于2 cm,高程优于4 cm;BDS-2+BDS-3联合实时动态PPP收敛时间相较BDS-2分别提升了约38.2%、75.0%、49.7%;收敛后E方向精度优于3 cm,N方向精度优于2 cm,平均提升了38.2%,高程方向精度优于6 cm,平均提升了64%。