基于北斗多频的单历元基线定位方法

随着北斗三号卫星导航系统完成全球组网并正式开通,我国成为世界上第三个独立拥有全球卫星导航系统的国家,北斗卫星定位精度和可靠性进一步提升。目前北斗二号卫星可播发三频观测信号,北斗三号卫星可播发五频观测信号,研究多频组合定位对于实现模糊度快速固定、提高定位精度具有重要意义。文中分别给出北斗二号三频和北斗三号四频观测值的线性组合,并将其视为不同的卫星系统进行融合定位,最后分析短基线条件下的定位精度。结果表明本方法能够实现短基线模糊度单历元固定,定位精度可达cm级。     

北斗短基线三频实测数据单历元模糊度固定

基于北斗实测三频数据,通过分析比较选取了三组线性独立的超宽巷组合,采用无几何模式(geometry-free)和几何模式(geometry-based)相结合的方法对其进行单历元模糊度固定,然后恢复各频率上的原始模糊度,最后进行定位解算。实验结果表明,对于短基线,组合系数的合理选取是模糊度成功固定的关键;在选用合适(长波长、弱电离层、低噪声)的组合时,对于静态和动态短基线,其原始载波模糊度单历元固定成功率分别为99.75%和95.08%,从而可以避开传统解算中周跳探测等复杂的数据预处理过程,单历元取得cm级定位精度。     

北斗三号新三频相位模糊度固定方法

针对北斗三号新的三频观测值,通过分析BDS-3三频线性组合观测值特性,选取高质量组合观测值,采用无几何相关GF(Geometry-Free)模型和无几何无电离层相关GIF(Geometry-Ionospheric-Free)模型分别对实测BDS-3卫星数据进行单历元三频相位模糊度解算TCAR(Triple-freque...     

北斗三频RTK附加中误差约束的单历元模糊度固定算法

为了实现北斗三频RTK单历元模糊度实时固定,提出了一种附加中误差约束的TCAR搜索法。该算法用中误差最小搜索替换TCAR直接取整固定模糊度,即对几组备选模糊度搜索计算中误差,其中中误差最小值组合作为模糊度固定解,按此方法依次固定超宽巷-宽巷-基本频点模糊度。试验表明,此方法固定成功率为100%,克服了TCAR直接取整模糊度误判问题。     

BDS-3四频短基线单历元定位方法

为了充分利用北斗三号B1I、B3I、B1C和B2a四频观测数据,该文提出了一种基于北斗三号四频组合的短基线单历元定位方法。采用无几何模型和几何模型相结合的方法依次求解两个超宽巷、三个宽巷和一个窄巷模糊度,并利用LAMBDA方法搜索固定窄巷模糊度,最后使用模糊度固定的窄巷进行单历元定位。利用北斗三号短基线实测数据进行验证分析,结果表明,该方法可以有效进行超宽巷和宽巷模糊度的单历元固定,窄巷模糊度固定率高于99%,基本可以实现短基线单历元定位,并获得厘米级定位精度。     

北斗三号短基线四频组合定位方法研究

北斗三号全球卫星导航系统现已提供4个频率以上的观测数据,支持多频组合定位理论和方法的研究。基于此,文中提出一种短基线下的北斗四频组合定位解算方法,利用北斗B1I,B3I,B1C,B2a 4个频率的观测数据两两组合形成独立不相关的窄巷观测值联立,以位置参数和双差模糊度组成状态向量,结合卡尔曼滤波估计进行定位解算。基于该方法,文中针对两组不同长度的短基线进行测试,结果显示：在17 m短基线中,该方法平面精度优于2 mm,高程方向精度优于4 mm;在3 km的短基线中,平面精度优于4.5 mm,高程精度优于6 mm。测试结果表明,在短基线情况下,该方法的定位精度相较于北斗单频及三频方法在平面和高程方向均有不同程度的提高。     

BDS-3四频参考站间宽巷模糊度解算方法

针对中长基线参考站间宽巷模糊度固定较慢的问题,提出了一种基于BDS-3四频信号(B1I/B2a/B3I/B1C)的分步无电离层(SIF)单历元解算方法.利用BDS-3四频超宽巷/宽巷模糊度易于固定的优点,通过无几何无电离层(GIF)法固定两个超宽巷模糊度,将模糊度固定的双差载波观测值与待求的宽巷观测值组成无电离层模型消...     

北斗卫星导航系统单历元定向算法研究

首先对北斗定向中附有基线长度约束单频单历元模糊度确定方法和双频单历元模糊度确定方法进行了研究,并基于LAMBDA模糊度搜索方法,给出了相应的模糊度确定方案。然后利用多组实测数据,对北斗定向模糊度确定的成功率、定向精度进行了测试和分析,结果表明目前北斗在定向的性能和精度上略低于GPS,但是处于一个数量级,已经可以满足多种应用的需求。     

一种多频多系统部分模糊度固定算法

针对GNSS多频多系统的定位模式使得整周模糊度的维数急剧增加,导致很难快速准确地固定所有模糊度,引起显著RTK定位偏差的问题,提出一种基于卡尔曼滤波的GPS/BDS/Galileo组合部分模糊度固定方法：对原始误差方程进行参数重组,将窄巷模糊度组合形成宽巷以及超宽巷模糊度;采用多重约束检验取整超宽巷、宽巷模糊度并依次对待估参数进行更新;对窄巷模糊度子集进行筛选,缩小模糊度的搜索空间;结合历元间差分,提供当前历元先验位置解,对模糊度进行检验。经实验表明：在长距离静态实验中,该算法在定位精度E、N和U方向上相较于常规部分模糊度固定分别提升32%、42%和28%。在模糊度固定正确率和收敛速度方面也有显著的提升,且随着基线长度的增加其优势越明显;在短距离动态实验中,该算法在较为复杂的城市道路中定位精度、可靠性以及重收敛速度同样具有出色的表现。     

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...     

Short baseline GPS multi-frequency single-epoch precise positioning: utilizing a new carrier phase combination method

Traditional carrier phase combinations are linear functions of the original carrier phases. We develop a new way of carrier phase combination that regards carrier phases of different frequencies as the basis of the carrier phase space. The combined carrier phase is a point of this space. Then, this point, i.e., the combined carrier phase, is mapped back to a single-dimensional carrier phase by a bidirectional mapping. The new single-dimensional carrier phase is called mapped carrier phase. The advantages of this combination approach are a long wavelength and small noise of the mapped carrier phase, which make ambiguity resolution easy. Unfortunately, the mapped carrier phase value is not well determined due to the noise in the observed phases. On the contrary, a set of possible mapped carrier phase values are attained; however, only one value is correct. To reduce the number of candidates and fix the correct value of the mapped carrier phase, the following steps are discussed: (1) The integer nature of the original carrier ambiguity is used to attain an initial set of possible mapped carrier phase values; (2) the distribution of the mapped carrier phase ambiguity is included to reduce the possible values; and (3) the Gaussian least-squares objective function is introduced to fix the correct value. As a result of these steps, a single-epoch positioning algorithm is established. Two experiments are carried out to preliminarily compare the new algorithm with LAMBDA. The results show that the new algorithm is slightly below LAMBDA in resolution success rate, but computationally more efficient than LAMBDA.     

北斗二号/三号融合载波相位时间传递精度分析

本文给出了载波相位时间传递数学模型,并基于多模全球卫星导航系统(GNSS)试验跟踪网MGEX (Multi-GNSS Experiment)的实测数据,对北斗二号/北斗三号卫星导航系统(BDS-2/BDS-3)融合载波相位时间传递性能进行分析. 结果表明:BDS-3的加入能够增加测站的可视卫星数量,改善卫星分布空间构型. 相比仅使用BDS-2,BDS-2/BDS-3融合解算可将MRO1-CUSV和NNOR-CUSV的时间传递精度分别从0.11 ns、0.10 ns提高到0.07 ns、0.08 ns,A类不确定度分别从0.007 ns、0.006 ns提高到0.004 ns、0.005 ns.      

网络RTK模式下多频载波相位观测值解算整周模糊度

在GPS现代化下,研究多频卫星导航定位的关键技术,利用现有的双频观测值去模拟L5载波相位观测值,然后根据网络RTK基准站连续观测的特点,利用基准站坐标精确已知的条件,研究多频模式下基准站间的整周模糊度求解。通过分析,在不同基线长度下,多频模式下的基准站间模糊度求解比双频模式下更加可靠,求解整周模糊度更加便捷。     

北斗三号卫星多频多通道差分码偏差估计与分析

差分码偏差(DCB)是电离层建模与导航定位授时的主要误差源,北斗多频多通道信号衍生出一系列新的DCB.本文首先分析了北斗三号卫星的码观测值组合及可估的DCB类型,建立了北斗三号卫星多频码偏差估计的数学模型,利用IGS实测数据首次估计得到了22种不同类型的北斗DCB.在此基础上,全面比较分析了各类DCB的内符合精度、外符...     

BDS-3多频点伪距单点定位性能研究

针对目前有关北斗三号系统伪距单点定位研究较少,未对三号系统多个频点的定位性能进行对比分析的现状,本文利用实测数据对三号系统多个频点的定位性能进行了研究,并联合BDS-2、Galileo进行了同频伪距单点定位试验,统计分析了组合定位多个频点的同频定位结果。试验结果表明：目前三号系统单独定位能力有限,不适合单独定位;BDS-3/Galileo同频组合定位可以弥补BDS-3新频点单频定位时卫星个数不足、数据不完整导致的定位精度过差的情况,同时能够提高Galileo的定位精度;BDS-2/3的B3I频点与BDS/Galileo组合的B2b频点的定位精度均与GPS的L1频点的定位精度相当。     

Reliability control of single-epoch RTK ambiguity resolution

GPS Solutions - Reliability is an important indicator of GNSS performance, especially for the safety-critical applications. Carrier phase-based GNSS positioning can achieve high precision, but its...     

BDS-3精密单点定位模糊度解算及性能评估

基于国际GNSS服务(IGS)提供的MGEX (Multi-GNSS Experiment)的观测数据,对北斗三号卫星导航系统(BDS-3)相位小数偏差(UPD)进行估计,进一步开展基于精密单点定位(PPP)的浮点/固定解试验,分析评估其定位性能. 结果表明:北斗卫星导航系统(BDS)定位精度与GPS大致相当; BDS-3 PPP在东(E)、北(N)、天顶(U)三个方向上浮点解的平均均方根(RMS)分别为1.4 cm、1.0 cm、1.6 cm;通过模糊度固定算法,可将三个方向的定位精度提升至0.9 cm、0.7 cm、1.4 cm.      

一种GPS整周模糊度单历元解算方法

仅利用单历元的载波相位观测值进行整周模糊度解算,观测方程秩亏,给单历元模糊度解算带来很大困难.因此,本文提出一种单历元确定GPS整周模糊度的方法.利用单历元测码伪距观测值和双频载波相位观测值组成双差观测方程,根据方差矩阵对宽巷模糊度进行分组,采用基于LABMDA方法的逐步解算方法来确定双差相位观测值的宽巷模糊度.确定宽...     

利用迭代加权模糊度函数法的单历元模糊度固定

为提高全球导航卫星系统GNSS在复杂环境下的定向成功率,将迭代加权的思想与模糊度函数法（AFM）相结合,提出迭代加权模糊度函数法（IWAFW）。基于AFM算法,通过设计新的适应度函数,利用残差计算权重,实现对不同卫星信号权重的自动调节,并结合惯性传感器给出的姿态信息,压缩搜索空间,降低计算量。通过实测试验验证,在复杂环境中,相比于AFM和带基线长度约束的最小二乘模糊度去相关算法（CLAMBDA）,该算法能够有效提高模糊度固定成功率。     

Improved network-based single-epoch ambiguity resolution using centralized GNSS network processing

Network real-time kinematic (NRTK) positioning is today’s industry standard for high-precision applications. Once network ambiguities are fixed, the network engine processes simultaneous observations from a number of continuously operating reference stations to compute corrections for users operating within the network area. Users are treated as passive nodes of the network. However, if two-way communication is available, then users could transmit their observations to the central processing facility where the network can treat them as active nodes, densifying the existing network infrastructure. This multiple rover network (MRN) concept exploits the additional information provided by users in a GNSS network. One application is to use the shorter inter-receiver distances to improve the success rate of single-epoch ambiguity resolution. This is also the goal of the subset ambiguity resolution algorithm, which improves the single-epoch success rate by allowing a subset of ambiguities to be resolved. We present an enhanced processing strategy to complement centimeter-level single-epoch NRTK positioning. This approach combines a single-baseline and an MRN solution with the partial ambiguity resolution algorithm and is only possible for a centralized GNSS network architecture. The algorithm is tested against the standard network ambiguity resolution strategy of full-set ambiguity fixing with respect to the nearest reference station. A 24-h dataset from the Southern California Integrated GNSS network is used with a configuration of three reference stations and four users. The enhanced solution achieves a mean ambiguity resolution success rate of 83% over all four users and all epochs, compared to 32% for the conventional technique.