里程计辅助车载GNSS/INS组合导航性能分析

车载GNSS/INS组合导航中,GNSS信号易受外界干扰而失锁,导致INS独立导航误差迅速累积。为提高车载松组合导航系统的精度和完整性,使用里程计观测信息结合非完整性约束辅助车载组合导航。考虑里程计刻度系数误差和IMU安装角影响,推导出里程计的输出模型,给出基于卡尔曼滤波的里程计辅助GNSS/INS松组合的数学模型。设计GNSS信号中断的数据实验,结果表明,里程计能有效抑制组合导航系统误差发散,在GNSS中断60 s或10 min的情况下,位置精度提高超过90%。     

基于广播星历的GPS/BDS-3非差非组合PPP北大核心CSCD

分析GPS和BDS-3卫星广播星历的误差特性,研究广播星历精度不足的补偿策略,提出一种SISRE补偿的非差非组合定位模型。采用2022年15个MGEX测站1周的数据进行实验。结果表明,SISRE补偿的非差非组合模型的GPS和BDS-3静态三维定位误差的RMS分别约为24 cm和23 cm, GPS/BDS-3双系统组合可进一步将精度提升至约18 cm;GPS和BDS-3仿动态三维定位误差的RMS分别约为73 cm和74 cm, GPS/BDS-3双系统组合可进一步将精度提升至约45 cm;SISRE补偿的非差非组合模型与SISRE补偿的无电离层组合模型定位精度相当。     

北斗系统PPP定位精度及收敛速度分析

选取MGEX亚太区域12个测站1周的观测数据,分析比较BDS-2和BDS-2+3的动态PPP性能。结果表明,加入BDS-3能显著提升动态PPP的收敛速度和定位精度,但由于目前BDS-3精密轨道和钟差产品中的卫星数目有限,收敛速度仍比GPS慢。     

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。     

顾及ISB参数的BDS-2/BDS-3精密单点定位性能分析

对北斗二号(BDS-2)B1I/B3I信号与北斗三号(BDS-3)B1I/B3I、B1C/B2a信号系统间偏差ISB参数的特性进行分析,分别使用B1I/B3I和B1C/B2a信号进行BDS-2/BDS-3静态和动态精密单点定位(PPP)性能评估。实验结果表明,BDS-2与BDS-3 B1C/B2a信号之间的ISB参数大于B1I/B3I信号,且均具有较好的天内和天间稳定性;与单BDS-2相比,BDS-2与BDS-3组合可显著提升静态和动态PPP的性能,收敛时间缩短51.9%以上,定位精度提升46.1%以上;与B1I/B3I信号相比,BDS-3 B1C/B2a信号参与PPP解算后收敛时间有所缩短;估计ISB参数后,BDS-2/BDS-3静态和动态PPP收敛时间分别缩短8.8%和12.6%,定位精度均提升7.1%。     

北斗三号新信号中长基线RTK定位研究

针对北斗三号MEO卫星和IGSO卫星新增加的B1C和B2a信号中长基线RTK定位精度仍未确定的问题,利用4组中长基线实测数据对BDS-3新信号、BDS-3的B1I、B3I信号和GPS的 L1、L2信号进行数据质量分析和中长基线双频RTK定位研究。结果表明,在数据质量方面,BDS-3的可视卫星数和PDOP值优于GPS,BDS-3新信号的信噪比和多路径误差与BDS-3的B1I、B3I信号和GPS的L1、L2信号相当;在中长基线RTK定位方面,BDS-3新信号B1C+B2a组合的模糊度首次固定时间优于BDS-3的B1I+B3I组合,BDS-3新信号B1C+B2a组合的定位精度略优于BDS-3的B1I+B3I组合和GPS的L1+L2组合,可为用户提供cm级定位精度。     

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。     

BDS/GPS/GLONASS组合精密单点定位模型及性能分析

针对精密单点定位中多系统融合的问题,提出BDS/GPS/GLONASS 组合PPP的函数模型及随机模型,实现了基于扩展卡尔曼滤波的BDS/GPS/GLONASS 组合PPP。利用实测数据进行静态及静态模拟动态的BDS/GPS/GLONASS 组合PPP实验,结果表明:1）静态实验中,BDS PPP平均收敛时间约为80 min,水平方向精度优于3 cm,天向精度优于6 cm;GPS PPP与多系统组合PPP定位精度相当,且收敛时间与组合PPP所应用的各系统中收敛较快的单系统PPP的收敛时间相当;2）动态实验中,BDS PPP的平均收敛时间约为105 min,水平方向精度优于7 cm,天向精度优于12 cm;多系统组合PPP的精度要优于单系统PPP,且有效缩短了收敛时间。     

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）。     

川江航道BDS/GNSS船舶精密位速监测性能分析

采用精密单点定位和相位历元间差分法分别评估普通航段和库区航段BDS/GNSS的定位和测速性能。结果表明,在普通航段,BDS-2定位精度为0.1~0.2 m;GPS、BDS-3、BDS全系统的定位精度相对较高,水平方向优于0.07 m,垂直方向优于0.09 m,测速精度相当,均在mm/s级;BDS/GPS、GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合后,定位和测速精度相较于单系统提升约30%。在库区航段,GPS定位精度严重下降,水平方向为0.6 m;BDS-3与BDS全系统定位精度略有下降;多系统组合后,定位和测速精度受周围环境影响程度较低,与普通航段基本相当。     

BDS/GNSS精密单点定位性能分析

首先采用国际上通用的德国地学中心（GFZ）与武汉大学（WHU）精密产品,对GNSS精密卫星轨道和精密钟差产品精度进行初步评估;然后基于WHU精密轨道和钟差产品对18个分布于东半球的MGEX地面站进行多系统定位测试,同时也对BDS的B1I/B3I与B1C/B2a两组新、旧频点的精密单点定位性能进行对比分析。结果表明：1）四大导航系统（GPS、GLONASS、BDS、Galileo）的卫星轨道产品精度均在cm级,精密钟差内符合精度均优于0.1 ns,北斗三号（BDS-3）卫星钟精度相比北斗二号（BDS-2）有显著提升。2）亚太地区BDS的定位精度优于其他3个系统;在其他地区,GPS定位精度最优（与Galileo基本相当）,优于BDS和GLONASS的定位结果。3）BDS PPP平均收敛时间静态模式约为50.33 min、动态模式约为77.83 min,收敛速度略低于GPS、Galileo,优于GLONASS。4）B1C/B2a与B1I/B3I双频消电离层组合PPP定位性能基本相当。     

城市复杂环境下GNSS/INS组合导航算法研究

针对城市环境下GNSS车辆导航存在卫星信号易受影响的问题,利用GNSS/INS组合算法提高复杂环境下城市车辆定位性能。基于城市环境下实测GNSS数据评估分析定位结果,使用GNSS/INS组合的常规卡尔曼滤波算法实现卫星失锁区域导航。同时,提出一种基于新息的自适应卡尔曼滤波算法,可有效增强卫星数较少及信号干扰严重区域的车辆导航定位能力。该方法利用量测与预测的关系构造自适应因子,改善定位精度。结果表明,常规卡尔曼滤波可在20 s卫星信号失锁情况下保证亚m级导航精度,自适应卡尔曼滤波算法在卫星信号受到严重干扰时,其定位精度相比于常规卡尔曼滤波算法提高30%,可满足在城市复杂环境下的高精度、高可靠性车辆导航定位服务需求。     

BDS-3多频PPP模型性能分析

为验证BDS-3新三频PPP模型的定位性能,在原始观测方程的基础上推导新三频PPP模型,并重新推导模型中的伪距偏差改正。利用14个MGEX测站观测到的数据对3种三频PPP模型及2种传统双频非差非组合模型的静态和动态定位性能进行比较分析。结果表明,新三频PPP模型在收敛时间和定位精度上均有所提升,其中TDF模型的提升效果最好。     

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极地地区北斗三号单点定位精度分析

为分析BDS-3在极地地区的定位精度,选取两极地区10个MGEX站连续7 d的观测数据进行SPP和PPP实验。结果表明,BDS-3在两极地区可见卫星数及PDOP基本一致,平均可见卫星数约为9颗,PDOP约为2.3。BDS-3各频点间定位精度相差不大,南极地区SPP定位精度略优于北极,特别是U方向。北极地区E、N、U方向定位精度分别优于1 m、1 m和5 m,南极地区E、N、U方向定位精度分别优于1 m、1 m和2 m。BDS-3在两极地区PPP定位精度相当,与GPS定位精度基本一致,各频点组合定位精度在E、N、U方向均优于2 cm。     

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