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。     

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。     

多频BDS-3/Galileo/GPS长基线相对定位性能分析

为充分发挥BDS-3和Galileo多频信号的定位优势,对BDS-3和Galileo四频宽巷组合进行优选,并基于优选后的组合构建适用于BDS-3单系统、Galileo单系统、BDS-3/Galileo双系统和BDS-3/Galileo/GPS三系统的多频定位模型,通过对多频长基线数据进行测试,对比分析4种定位模式下的定位精度和稳定性。结果表明,在对长度超过500 km的长基线进行定位解算时,BDS-3单系统定位精度优于Galileo单系统;水平和垂直方向上BDS-3/Galileo双系统组合定位精度均可达到dm级,较BDS-3单系统提升幅度分别在10%和25%以上,稳定性也有明显改善;BDS-3/Galileo/GPS三系统定位精度较双系统也有提升,提升幅度在10%左右;双系统和三系统的相对定位精度均达到1×10^-9 m量级,可以满足长基线精密定位要求。卫星系统的增加不仅可增大可视卫星数,还可增强卫星的几何结构,从而有效提高定位精度和稳定性。     

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。     

典型北斗低成本导航型与测量型终端定位性能初步对比分析

基于不同类型北斗终端的共天线零基线实测数据,从伪距标准单点定位、单频伪距相对定位以及单历元单频载波相位相对定位等方面,比较一款典型低成本导航型北斗终端与一款典型高性能测量型北斗终端的定位性能差异。结果表明,导航型北斗终端相比于测量型终端,其伪距单点定位和伪距相对定位的精度稍差,但载波相位相对定位精度差距十分明显,无法实现cm级的定位。     

顾及星历数据龄期的北斗IGSO、MEO卫星空间信号精度分析

利用2013~2015年广播星历数据分析北斗系统3类卫星广播星历中星历数据龄期的特性,并针对北斗系统IGSO卫星和MEO卫星数据龄期分布特性,分析不同数据龄期条件下的两类卫星空间信号精度。结果表明,卫星数据龄期具有周期性,并和卫星所处轨道面具有一致性。对于IGSO卫星,平均数据龄期在1.7 h左右,最大数据龄期可以达到7 h。仅考虑轨道情况下,不同数据龄期条件下空间信号精度差异最大可以达到0.5 m。对于MEO卫星,平均数据龄期在11 h左右,最大数据龄期可以达到2 d甚至以上。仅考虑轨道情况下,不同数据龄期条件下空间信号精度差异IGSO卫星最大达到0.9 m。IGSO卫星2013~2015年平均URE分别为0.81 m、0.84 m、1.11 m;MEO卫星2013~2015年平均URE分别为0.84 m、0.82 m、1.04 m。     

北斗三号新信号B2a和B2（B2a+b）质量分析及星座几何性能评估

在最新的能接收到北斗三号新信号B2a及B2（B2a+b）的MGEX测站数据基础上，分析BDS-3信号的载噪比、多路径及卫星的三维位置精度因子（PDOP）。结果表明，与GPS相比，BDS的载噪比B2（B2a+b）>B2a≈L5>B3≈B2b>B1≈L1>L2，多路径误差B2(B2a+b)相似文献   

GPS/Galileo实时精密单点定位精度分析

在组合PPP函数模型分析的基础上,采用CNES提供的多系统实时轨道和钟差信息,实现GPS/Galileo组合单双频实时静动态PPP,并选取10个MGEX站10 d的观测数据进行解算分析。结果表明,单双频实时静态PPP中,GPS/Galileo组合的定位精度略优于单纯的GPS;单双频实时动态PPP中,GPS/Galileo组合具有较好的定位效果。相较于单纯的GPS,GPS/Galileo组合单频PPP在E、N、U方向平均精度为10.6 cm、9.8 cm、22.5 cm,分别提高了5.4%、4.9%、10.4%;双频PPP在E、N、U方向平均精度为4.3 cm、2.9 cm、7.0 cm,分别提高了6.5%、6.5%、5.4%。同时,GPS/Galileo组合PPP较GPS在收敛时间方面也有一定的改善。     

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。     

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。     

北斗在南/北极地区的基本定位性能评估

基于BDS、GPS系统的星座结构,对当前的BDS二代导航系统（BD2）、全部建成后的BDS系统在极地科考站（黄河站、昆仑站、中山站、长城站）和北极圈的可见卫星数、DOP值、定位精度等进行评估,并将建成后的BDS、GPS及其组合系统在南/北极的基本定位性能进行对比分析。仿真结果表明,当前的BD2只实现了极地的部分覆盖,对极地提供导航定位的能力有限,大范围内的定位精度大于30.0 m; BDS在极地的定位精度将与GPS相当,可见卫星数可达13颗左右,PDOP值优于1.6,定位精度优于8.0 m;GPS/BDS组合后在极地的PDOP值优于1.4,定位精度优于6.0 m。
     

多系统融合精密单点定位性能分析

利用GPS、GLONASS、Beidou和Galileo 四系统的观测数据以及MGEX精密轨道和钟差产品,研究多系统融合精密单点定位的理论模型,并分析其收敛速度和定位精度。结果表明,静态定位时,Beidou系统收敛较慢,收敛后平面精度优于5 cm,高程精度优于8 cm,四系统融合收敛速度最快,定位精度和GPS接近;动态定位时,Beidou平均收敛时间在110 min以上,平面定位精度优于8 cm, 高程精度优于16 cm,四系统融合显著提升了收敛速度,但是定位精度和GPS相比没有明显提升。在截止高度角大于30°条件下,GPS系统定位偏差较大,而多系统依然能够保证足够数量的可见卫星,从而保证可靠的定位精度。     

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%。     

基于GF模型的BDS-3/GPS/Galileo三频模糊度固定性能分析

基于实测数据评估基于无几何（geometry-free,GF）模型的BDS-3/GPS/Galileo三频模糊度固定性能。首先给出适用于BDS-3/GPS/Galileo短基线TCAR（triple-frequency carrier ambiguity resolution）算法的三频线性组合;然后基于不同长度的实测短基线数据,评估BDS-3/GPS/Galileo超宽巷、宽巷及窄巷模糊度单历元固定性能。结果表明,对于5 m、3.6 km和13.1 km三条基线,BDS-3/GPS/Galileo超宽巷模糊度固定率相当（99.7%以上）,BDS-3/GPS宽巷模糊度固定率（97.2%以上）略优于Galileo（93.0%以上）,BDS-3窄巷模糊度固定率（92.2%以上）略优于GPS/Galileo（89.4%以上）。     

BDS-3精密单点定位性能比较分析

基于西安测绘研究所发布的BDS-3精密轨道和钟差产品,研究B1C-B2a双频组合的卫星端差分码偏差（DCB）改正模型,并分析中国科学院发布的DCB产品的稳定性。采用10个MGEX测站7 d的观测数据,对非差非组合和无电离层组合模型下的B1I-B3I、B1C-B2a两种双频组合的BDS-3精密单点定位精度进行对比分析。结果表明,BDS-3静态定位精度水平方向优于2.0 cm,高程方向优于2.5 cm,收敛时间在31 min左右;模拟动态定位精度水平方向优于3.4 cm ,高程方向优于4.1 cm,收敛时间在60 min左右;B1I-B3I、B1C-B2a两种双频组合定位精度相当且收敛时间较为接近,二者都可用于北斗精密单点定位。