利用超快速精密星历约束的北斗卫星实时精密定轨

以广播星历为起算轨道的北斗卫星实时滤波精密定轨往往需要较长收敛时间,针对此,提出利用超快速精密星历约束的实时精密定轨方法。通过MGEX跟踪网全球分布的51个测站连续7 d的实测数据,利用平方根信息滤波对北斗卫星实时精密轨道进行确定,并以3 d解事后轨道作为参考,评估北斗卫星实时滤波轨道精度。结果表明,利用广播星历作起算轨道时,北斗实时滤波轨道平均需要经过15 h收敛才能达到稳定,而新方法在这段时间内轨道变化较为平稳,未出现明显的收敛现象,并且7 d时间内GEO卫星在切向、法向和径向上RMS分别优于2.5 m、20 cm和30 cm,IGSO和MEO卫星在3个方向上分别优于30 cm、15 cm和10 cm。
     

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。     

GPS/BDS联合定轨对北斗卫星轨道的影响分析

为研究不同条件下GPS/BDS联合定轨对北斗卫星轨道的影响,在不同测站分布条件下采用不同定轨弧长分别进行GPS/BDS联合定轨和BDS独立定轨,并从轨道重叠弧段不符值、与MGEX分析中心产品比较以及卫星激光测距检核残差3个方面详细比较两种定轨方法的精度。结果表明,区域网条件下,联合定轨能够显著提升1 d解北斗IGSO/MEO卫星的轨道精度,但对3 d解的北斗各类卫星定轨精度的改善较小;全球网条件下,无论是采用1 d还是3 d定轨弧长,联合定轨均能在一定程度上改善北斗IGSO/MEO卫星轨道沿迹方向和法向的精度,但对径向绝对精度的改善较小;而对于北斗GEO卫星,全球网条件下的联合定轨对其轨道各方向精度的影响均较小。     

BDS区域卫星导航系统空间信号精度评估

针对BDS区域卫星导航系统的空间信号精度评估问题,分析利用精密星历进行空间信号评估的算法以及SISURE的投影原理,讨论BDS不同星座的参数选择。估计BDS各个卫星的空间信号精度,估算出SISURE综合误差的平均值为1.54 m,与GPS的空间信号精度还存在一定差距。针对个别导航卫星某些分量误差偏大的情况进行分析,发现GEO卫星SISURE个别时段较差和轨道机动有一定关系,并明确了BDS实际的空间信号精度,可为BDS用户提供一定参考。     

基于区域监测站的BDS定轨策略分析

围绕影响轨道精度和实时性的5个要素（模糊度分类固定、测站数量、定轨弧长、太阳光压模型和多系统组合）展开研究,得出区域测站分布下的定轨优选策略。实验表明,选取中国区域27个均匀分布的地面区域监测站,利用72 h弧长观测数据,采用ECOM 5参数简化太阳光压摄动模型、BDS/GPS双系统联合定轨可达到较好的精度,其中GEO卫星轨道精度约291 cm,IGSO/MEO卫星轨道精度优于11 cm。若BDS单系统采用上述策略进行定轨,也可达到GEO卫星299 cm和IGSO/MEO卫星14.4 cm的近似等价定轨精度。     

BDS载波相位时频传递性能分析

采用GFZ精密卫星轨道、钟差和MGEX测站观测数据,分析BDS载波相位时频传递性能。在KARR站BDS可视卫星数较多（平均为10.1颗）时,BDS时间传递精度为0.2 ns,与GPS、GLONASS相当;在PTVL站BDS可视卫星较少（平均为6.9颗）时,平均TDOP为3.5,大于GPS和GLONASS,其时间传递精度较低,仅为0.68 ns,差于GPS和GLONASS。目前,由于BDS全球跟踪站有限,MEO卫星较少,BDS收敛时间长于GPS和GLONASS。两测站三系统频率传递结果和频率稳定度结果基本相当,变化趋势一致。因测站KARR、PTVL未配备高稳定度的原子钟作为外接频标,得到的频率传递精度和频率稳定度较差。     

BDS卫星失效对区域定位精度的影响评估

基于STK软件实现了2016-09 BDS系统星座结构的仿真,并选取可见卫星数、DOP值、系统可用性作为评估BDS卫星星座设计结构的指标,分析单颗与全部倾斜轨道卫星（IGSO）、地球静止轨道卫星（GEO）失效后对我国大陆地区BDS系统可用性的影响。结果表明,IGSO4卫星与GEO5卫星失效后对BDS在区域的定位性能影响较大,失效后的GDOP值分别为1.98、2.16。取BDS卫星正常运行时区域平均GDOP最大值(S=2.60)作为系统可用性阈值时,系统可用性分别降低了1.79%、32.63%;阈值取2S(5.20)、3S(7.80)、4S(10.40)、5S(13.00)时,系统可用性均可达100.00%。GEO整体失效后BDS系统在高精度定位中仍部分可用,而IGSO整体失效后BDS系统可用性受到大幅度限制。因此,增加在轨备份卫星时需重点考虑GEO5、IGSO4,并适当增加IGSO卫星的数目。     

GEO卫星对BDS相对定位性能的影响分析

对BDS高精度相对定位中GEO卫星的影响进行研究和分析。首先实现非差观测模型的BDS定位解算,在非差观测模型的基础上实现BDS高精度相对定位解算模型,然后分别利用全星座卫星和IGSO+MEO组合进行高精度相对定位处理,分析GEO卫星对BDS相对定位收敛时间和定位精度以及PDOP值的影响。结果表明,GEO卫星能稳定增加观测卫星数量,改善PDOP值,提高定位收敛速度和精度,BDS全星座高精度相对定位静态单天解与动态解均达到或优于cm级。     

区域测站数对BDS实时卫星钟差估计的影响分析

地面测站的数量及分布会影响实时卫星钟差估计的精度和可靠性。鉴于目前BDS主要为亚太地区提供服务,均匀选取中国区域内8~24个实时监测站,分析区域测站数与BDS实时卫星钟差估计精度的关系。结果表明,当测站数小于16个,IGSO/MEO卫星在中国区域内被观测的弧长不全,实时钟差精度和定位精度较差;当测站数达到16个,中国区域内可观测的BDS卫星弧长覆盖饱和;当测站数达到17个及以上,实时钟差精度达到0.15 ns,平面定位精度达到0.3 m以内,高程定位精度达到0.4 m以内,且钟差和定位精度随着测站数的增加不再明显提高。     

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1.0～1.3cm和2.0～3.6cm,其中iGMAS提供的轨道产品较优。Galileo卫星的轨道一致性在10～17cm,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25cm;IGSO和MEO卫星的轨道一致性分别在21～40cm和11～18cm左右,且径向精度分别优于10cm和5cm。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0.2～0.4ns,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0.35～0.46ns、0.25～0.33ns和0.11～0.21ns,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。     

伪随机脉冲参数对BDS卫星定轨精度的影响分析

采用附加伪随机脉冲参数的动力学定轨方法对BDS卫星进行定轨,分别给出不同时间间隔的伪随机脉冲参数估计方案对BDS卫星常规状态、姿态转换状态以及进入地影状态时定轨精度的影响。结果表明,常规状态下,伪随机脉冲参数对GEO卫星定轨精度改善显著,相对较优的伪随机脉冲参数估计间隔与各类卫星运行周期吻合;对于姿态转换状态以及进入地影状态,6 h的伪随机脉冲参数估计间隔有助于提高相应卫星的定轨精度。     

BDS卫星天线相位中心改正模型比较

介绍北斗二代卫星系统(BDS)3种卫星天线相位中心改正模型,分析对比不同模型对精密定轨、卫星钟差以及精密定位的影响。结果表明,ESA/ESOC的BDS卫星天线相位中心改正模型在精密定轨、卫星钟差和精密定位方面均优于其他模型结果,建议在北斗高精度数据处理中采用。     

BDS卫星动力学参数最优解与定轨跟踪站最优分布

基于动力学定轨原理与方法,给出动力学参数精度衰减因子（MDOP）的计算方法;以MDOP值为标准,分析BDS定轨中不同跟踪站的分布以及分布方案的优劣;最后,利用BDS单系统定轨进行验证。结果表明,MDOP值和定轨精度间的对应关系显著,可以作为优选定轨跟踪站分布方案的依据。     

北斗天线相位中心改正策略及其对定位精度的影响分析

当前尚未有权威机构发布北斗接收机天线相位中心改正信息,从而影响和限制了北斗系统的高精度定位应用。针对这一亟待解决的问题,采用以GPS天线相位中心改正（PCO和PCV改正）模型代替BDS天线相位中心改正来提高北斗定位精度的处理策略。结果表明,采用上述处理策略,PPP高程方向偏差从1 dm减小到cm级,相对定位的高程方向偏差从cm级减小到mm级,验证了此处理策略的有效性和可行性。     

基于观测值域的多路径消除方法及其在GNSS实时变形监测中的应用

首先研究多类卫星的轨道回归周期特性并推导相应公式,然后讨论基于观测值域的多路径消除算法,最后利用实测数据验证该算法的可行性。结果表明,采用观测值域多路径误差修正的方法,使GPS、BDS和GPS+BDS平均定位精度在北、东和高程方向分别提高42%、38%和54%。
     

CNES实时和存档卫星轨道/钟差产品对北斗PPP的影响分析

从使用CNES产品的北斗实时PPP用户角度出发,对比分析连续10 d的北斗实时和存档产品,并对2种产品的轨道/钟差差异及该差异对北斗PPP的影响进行研究。结果表明,2种产品的轨道差异小于1 mm,但钟差存在±0.1 ns差异;将2种产品分别应用到4个IGS MGEX测站的北斗静态PPP中发现,2种产品的差异对PPP收敛速度存在一定影响,收敛后的定位精度差异可达3 cm。因此在实际使用中,用户不能忽视CNES实时产品和存档产品的差异。     

基于广播星历的北斗卫星在轨运行状态分析

利用北斗卫星的广播星历数据提取轨道参数与钟差参数指标,从卫星轨道平面参数、形状参数、定向参数和卫星钟差序列等方面对现阶段北斗在轨卫星的运行状态进行分析。结果表明,BDS卫星的轨道异常多于卫星钟差异常,其中GEO卫星出现异常的频率最高,IGSO卫星次之,MEO卫星的运行状态最稳定。     

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。     

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