北斗三号全球卫星导航系统空间信号精度评估

针对北斗三号 (BDS-3)正式开通后的空间信号精度情况,选取2020-08-01—2021-07-31共 1 a的混合广播星历数据,以德国波茨坦地学研究中心(GFZ)和武汉大学国际GNSS服务(IGS)数据中心(WHU)提供的精密星历为参考分别从轨道精度、钟差精度和空间信号测距误差(SISRE)来进行BDS-3的空间信号精度评估. 结果表明:BDS-3的轨道精度在径向(R)、切向(A)、法向(C)三个方向上分别优于0.100 m、0.405 m、0.547 m,钟差精度优于1.926 ns,仅受轨道影响的SISRE (orb)为0.134 m,SISRE为0.612 m. 地球静止轨道(GEO)卫星的SISRE为1.137 m,倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星和中圆地球轨道(MEO)卫星的SISRE相比GEO卫星分别减少36.3%、51.3%.      

BDS-3在轨卫星广播星历精度评估

针对BDS-3现有在轨卫星广播星历精度评估问题,以BDS-2和BDS-3 MEO和IGSO卫星为研究对象,基于武汉大学数据分析中心发布广播星历和精密星历对42颗北斗卫星的卫星轨道误差、钟差误差和空间信号测距误差进行精度评估和分析。结果表明：卫星轨道方面,径向误差明显优于切向和法向误差,BDS-3整体轨道误差在0.23 m以下。径向、切向和法向精度BDS-3卫星相比BDS-2卫星分别提高了64%、26%和5%;钟差方面,H钟差误差优于Rb钟差误差,H钟钟差对于Rb钟钟差精度提高了约13%;空间信号测距精度方面,BDS-2卫星在1 m左右,BDS-3卫星总体精度优于0.5 m,精度提高了约50%。     

GNSS广播星历轨道和钟差精度分析

为了对多个全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）当前的广播星历精度进行一个全面的分析,对比了2014—2018年共5 a的GNSS广播星历与精密星历,并对全球定位系统（global positioning system,GPS）、格洛纳斯卫星导航系统（global navigation satellite system,GLONASS）、伽利略卫星导航系统（Galileo satellite navigation system,Galileo）、北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）、准天顶卫星系统（quasi-zenith satellite system,QZSS）等5个系统的广播星历长期精度变化进行了分析。结果表明：5 a中GPS的广播星历轨道及钟差精度最稳定;GLONASS的广播星历轨道精度稳定性较好,但其钟差精度存在较大的离散度;Galileo得益于具备全面运行能力（full operational capability, FOC）卫星的大量发射及运行,其广播...     

北斗三号空间信号测距误差评估与对比分析

北斗三号作为我国自主建设的全球卫星导航系统,其本身性能水平以及与其他卫星导航系统的性能对比情况,对后续推广应用具有重要影响。为此,本文以空间信号测距误差（signal-in-space range error,SISRE）作为系统关键性能指标,以GFZ提供的多系统精密轨道钟差作为标准,给出了卫星轨道、卫星钟差、SISRE的比对评估方法,并以2020年1—3月共3个月的实测数据,验证了北斗三号相对北斗二号的精度改进情况,并重点分析了北斗三号与GPS、Galileo、GLONASS之间的性能对比关系。结果表明：无论是卫星轨道还是卫星钟差,北斗三号的精度水平相对北斗二号都有了明显提高;北斗三号卫星轨道在R、T、N方向精度分别达到0.07、0.30、0.26 m,在4个全球系统中处于最优水平;卫星钟差精度达到1.83 ns,基本与GPS系统持平,优于GLONASS,但还略差于Galileo;在空间信号测距误差方面,如果仅考虑轨道误差,北斗三号SISRE（orb）平均达到0.08 m,紧随其后,Galileo达到0.26 m,GPS达到0.57 m,GLONASS达到0.98 m。如果综合考虑轨道和钟差误差,北斗三号SISRE平均达到0.50 m,稍逊于Galileo的0.38 m,略优于GPS的0.58 m,明显好于GLONASS的2.35 m。     

BDS-2与BDS-3卫星空间信号精度评估

针对BDS-3现有卫星空间信号精度评估问题,该文以BDS-2和BDS-3卫星为研究对象,介绍了BDS卫星空间信号精度评估的方法,基于MGEX发布的2019-05-01—2019-05-31日连续31d的广播星历与WUM分析中心的精密星历产品对33颗BDS卫星的轨道误差、卫星钟差、用户测距误差(URE)和空间信号测距误差(SISRE)进行精度评估。研究结果表明:BDS-2中,IGSO与MEO的轨道精度优于GEO,径向精度优于切向和法向;星载钟差均值优于12.1ns;URE和SISRE均值分别优于1.0和1.2m;BDS-3MEO卫星轨道径向、切向、法向均值分别优于0.2、0.8、0.4m,径向和法向比BDS-2 MEO分别提高45.8%与21.1%;BDS-3卫星星载钟差均值优于7.7ns,比BDS-2提高36.2%;BDS-3的URE和SISRE均值分别优于0.6和0.5m,比BDS-2分别提高42.9%和47.4%。     

北斗三号系统开通前后广播星历精度对比分析

北斗三号卫星导航系统(BDS-3)开通已一年有余,通过研究2019-08—2021-08共2 a的北斗卫星导航系统(BDS)广播星历数据,采用事后精密星历对北斗二号卫星导航系统(BDS-2)和BDS-3卫星的轨道、钟差和空间信号测距误差(SISRE)进行分析.结果表明:BDS-3系统开通后,卫星轨道精度比BDS-2提升明显,径向(R)误差均方根(RMS)值从0.87 m左右提升至优于0.23 m,精度提升约74%, 3D误差RMS值从1.63 m以内提升到优于0.75 m,精度提升约54%;氢原子钟和铷原子钟精度相当,BDS-3钟差误差RMS值精度提升与BDS-2提升基本相同,精度提升约1 ns;SISRE精度比对中,BDS-2 SISRE的RMS值从0.9 m提升到0.7 m,BDS-3从0.8 m提升到0.5 m.综合比较,BDS-3系统性能提升较大.     

北斗卫星导航系统的空间信号精度评估

针对卫星导航定位系统空间信号精度能否满足用户需求的问题,该文基于IGS MGEX发布的2016年连续100d的实测数据以及GBM分析中心的精密卫星轨道及钟差产品对北斗卫星广播星历误差、轨道精度以及空间信号距离误差进行统计分析。结果表明:北斗系统的IGSO和MEO卫星广播星历的均方根优于3m,GEO卫星广播星历误差RMSE优于5m;IGSO和MEO卫星广播星历轨道精度优于GEO卫星,且轨道误差在径向R精度最好;空间信号距离误差中,GEO卫星的SISRE均值优于1.5m,IGSO卫星的SISRE均值优于1.0m,MEO卫星的SISRE均值优于0.5m。由此反映出北斗空间信号稳定且精度逐渐提升。     

Galileo系统服务中断前后广播星历精度对比分析

2019年7月中旬发生的Galileo服务中断事件,在整个卫星导航发展史上都是较为罕见的重大事故.本文选取Galileo服务中断前后的广播星历,从纵向(利用中断前后29 d的数据)和横向(与其他主要系统进行对比)两个维度,通过卫星位置、速度、钟差、空间信号测距误差4个方面,对中断事件前后广播星历计算精度进行了较为全面的...     

北斗三号基本系统空间信号性能分析

北斗三号基本系统于2018-12-27正式开通运行。本文采用北斗三号实测数据对基本系统星座覆盖性、广播轨道以及广播钟差、SISRE等重点空间信号性能指标进行了评估。指出北斗三号采用了星间链路测量体制,有效弥补了地面监测站布设范围受限的不足。空间信号精度显著优于北斗二号,甚至优于GPS系统。北斗三号基本系统将有效提升"一带一路"地区乃至全球的服务性能。     

顾及不同天线相位中心改正模型的北斗空间信号精度评估方法

IGS各分析中心提供的北斗精密轨道和精密钟差产品可能因采用不同的天线相位中心模型而存在一定差异,其对精密产品之间的比较以及利用精密产品评估北斗空间信号精度会产生一定影响。首先利用实测观测数据深入分析了采用不同天线相位中心改正模型对精密轨道和钟差的影响规律,在此基础上提出了顾及不同天线相位中心改正模型的北斗空间信号精度评估方法,以欧洲定轨中心、德国地学中心、武汉大学提供的精密轨道和钟差作为参考,对北斗广播轨道、广播钟差以及空间信号精度进行了分析和比较。结果表明,在考虑了卫星天线相位中心改正模型的差异之后,采用不同分析中心提供的北斗精密轨道和精密钟差作为基准评估出的空间信号精度基本一致,地球同步轨道卫星优于1.68 m,倾斜地球同步轨道卫星优于0.78 m,中地球轨道卫星优于0.66 m,验证了所提出的评估方法的正确性。     

单双频智能手机GNSS定位精度分析

为分析单、双频手机在单点定位和动态导航中的差异,本文对单、双频手机观测卫星数、信噪比、静态/动态定位中原始观测值/卡尔曼滤波值进行了对比和分析。试验结果表明,在静态无遮挡的试验条件下,小米MI8双频手机原始观测值较OPPO Reno单频手机定位误差均值减小了1.70 m且能观测到更多的卫星数,进行卡尔曼滤波处理后,单频手机较双频手机而言精度提升更多,两者最终精度相当。而在动态有遮挡的试验条件下,双频较单频定位误差均值减小了5.24 m,进行卡尔曼滤波处理后,两者精度均有明显改善,双频相对单频误差均值减小了0.87 m。     

Integer ambiguity validation in high accuracy GNSS positioning

GPS Solutions - Carrier phase observations are required for high-accuracy positioning with Global Navigation Satellite Systems. This requires that the correct number of whole carrier cycles in each...     

卫星对GNSS/INS组合导航精度的影响分析

针对车载移动测量系统在获取城市基础地理信息数据时受噪声点、GPS信号差、建筑物密集等因素的影响,造成定位精度差的问题。该文对实测数据进行分析,采用GPS单系统的1～15s采样间隔和GPS+BDS组合的1～15s采样间隔以及GPS/BDS/GLONASS三系统组合模式,分析松组合、紧组合及动态PPP组合对定位精度的影响。结果表明,利用GPS/GLONASS单系统处理时,当车速大于30km/h或者建筑物密集时,卫星的可视效果较差,得到的定位误差可达到分米甚至米级。当采用GPS+BDS/GPS+BDS+GLONASS组合处理时,可视卫星得到保证,定位精度能一直保持在厘米级。同时,单系统下不同采样间隔对定位精度影响很大,多系统组合可以在较大的采样间隔下,保持较高的定位精度。通过对不同卫星组合,不同采样间隔下的定位精度分析,能够为车载移动测量系统在不同环境下选择何种方法定位精度最高提供依据。     

全球导航卫星系统时间精度分析

全球导航卫星系统具有独立的时间参考系统,即GNSS时间,并溯源至UTC时间.GNSS时间精度参数不仅影响定位和授时的精度,也影响不同GNSS系统之间时间偏差的计算和预报,进而对GNSS系统的互操作性产生影响.本文对GNSS时间标度的产生和维持进行了分析,并通过分析给出了其精度估计结果.     

GNSS数据质量分析

GNSS载波相位观测值受观测噪声和接收机钟跳等的影响,其周跳检验量序列随时间发生变化。为构造稳健而又敏感的周跳检验量,需对不同系统的卫星数据质量进行分析,而多路径效应和信噪比则是影响观测数据质量的重要指标。本文重点分析了GPS与BDS卫星数据的多路径效应及信噪比,并提出了一种接收机时钟的钟跳探测方法,即采用双频相位观测值的O-C值,通过消电离层线性组合进行钟跳探测。     

Integrated GNSS with different accuracy of track database for safety-critical railway control systems

The primary object of this research is to test and to assess a tightly coupled GNSS and railway track data system for railway applications. One of the key features of this system is its ability to take into account uncertainties in both GPS observables and the spatial railway network data. Since trains travel on pre-defined fixed routes, 3-D positioning becomes a 1-D positioning problem that fixes the position of the train along the track. The spatial railway network database is then used to estimate the other two coordinates. In this way, the accuracy of the railway network database is crucial for the integrated positioning system. Unfortunately, the necessary accuracy of the railway network database is not known. Additionally, the integrity and availability performance of GNSS-based train location system are also essential for the safety-critical railway control systems. The required navigation performances (RNP) for the safety-critical railway applications in terms of accuracy, integrity and availability are investigated. We test different accuracies of the track database for the integrated system. Based on the result, when the GPS is integrated with the track database, the accuracy, integrity and availability are improved. The higher the accuracy of the track database, the better the positioning accuracy is guaranteed. For the integrity and availability performance, the result shows that the medium accuracy of the track database is more cost-effective for the integrated system.     

安卓智能手机GNSS数据质量分析

Android系统开放了全球卫星导航系统(GNSS)原始数据观测值,开发人员可以直接通过应用程序编程接口(API)获取GNSS原始观测数据．本文选取小米8和华为P30手机作为研究对象,对手机输出的原始GNSS观测数据进行研究,从多路径效应、数据载噪比方面分析数据质量．实验结果表明:相对于测量型接收机,安卓智能手机的原始观测值载噪比较低且多路径效应严重.      

跨海长桥首级GNSS平面控制网精度设计方法

针对跨海长桥GNSS控制网精度要求高、测量难度大、无统一的精度标准等问题,以确保海中桥墩的精确定位为原则,从海中桥墩施工的平面坐标允许偏差出发,采用测量误差影响分析和配置方法,推导跨海长桥首级GNSS平面控制网必要精度的估算公式,即首级GNSS控制点的平面坐标精度不应低于海中桥墩平面坐标允许偏差的0.22倍.据此,进一步推导出最弱点点位精度、最弱边边长精度、跨海长边相对精度和同岸短边相对精度等基本精度指标.最后,通过港珠澳大桥首级GNSS控制网的精度设计和实际精度的统计分析,验证文中设计方法的合理性和可行性.     

太阳风暴对全球导航卫星系统的影响分析

太阳风暴将对北斗卫星导航系统的正常运行产生影响。对即将到来的第24个太阳活动高年期间,北斗系统可能受到的影响进行了分析。电离层延迟误差将使北斗系统用户定位精度进一步降低。电离层闪烁发生更为频繁,对北斗系统性能产生影响,闪烁严重时用户甚至失去定位功能。太阳风暴引起的电离层扰动,如电离层暴,也将对北斗系统性能产生影响。针对北斗系统建设,提出了应采用的应对措施。     

GNSS长度测量不确定性试验分析

针对GNSS定位结果总是存在点位误差,由此导出的长度测量值为点位误差的非线性映射,对于长距离定位量测,其非线性影响较小,线性化近似一般可以满足精度要求,但对于短距离量测,其非线性影响不容忽略的问题。该文探讨了GNSS长度测量不确定性来源,通过单点定位和差分定位试验验证了长度测量不确定性与定位精度、点间距离的关系,测试不同偏差和方差估计公式的适用性。试验表明,对于GNSS高精度、长基线测量,其长度统计偏差可以忽略,且方差为基线向量的方向方差;现有不确定性评估公式在超短基线情形适用性会变差,在这种情形下,试验表明二阶偏差和方差估计更为精确。通过消除长度统计偏差得到无偏估计量,可以有效提高距离量测的可靠性,为提高用户距离量测精度提供有益帮助。