关于建设北斗星基广域增强系统研究

鉴于GPS系统已经成熟,北斗导航系统建设尚不完善,本文考虑建设北斗卫星对GPS卫星的增强系统。一方面,采用GPS/Compass-Ⅱ组合卫星导航系统,可大大增加某一时刻的可见卫星数,增强导航定位系统的可靠性。另一方面,北斗现已发射第九颗导航卫星,其中包括5颗地球静止轨道卫星,本文重点探讨利用这5颗GEO(Geostationary Orbit,GEO)卫星对GPS系统进行外部增强,即北斗GEO卫星同时播发卫星导航电文和增强信息,提高用户定位精度。     

北斗地基增强系统建设研究

北斗地基增强系统是基于卫星定位技术、计算机网络技术、数字通信技术等高新科技,通过一定区域布设若干连续运行参考站,对区域卫星定位误差进行整体建模,通过无线网络向用户实时播发定位增强信息以及高精度导航定位服务.本文主要针对辽宁省北斗地基增强系统的建设、系统测试以及精度分析展开研究.     

北斗星基增强技术在电网无人机巡检中的应用

随着北斗三号全球卫星导航系统的正式开通,其高精度定位服务受到广泛关注.无人机技术已成功应用于输电线路巡检方面,其对系统架构和定位精度有很高要求.基于此,设计了一种无人机电力自动巡检系统,研究北斗星基增强定位在无人机电力巡检方面应用的可行性和可靠性,并通过动态实验分析评估了单频星基增强和伪距定位的精度.结果表明:北斗星基...     

三种典型低轨增强星座与北斗系统联合应用的RAIM性能分析

接收机自主完好性监测(receiver autonomous integrity monitoring,RAIM)是终端用户高可靠导航定位的保障,低轨卫星的发展为完好性监测带来新的机遇,然而不同低轨星座增强下的终端RAIM性能可能会存在显著差异。基于高轨道倾角(80颗)、中轨道倾角(120颗)和混合轨道倾角(168颗)3种典型的低轨星座,系统评估了低轨卫星增强下的北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）RAIM可用性及故障检测效果。仿真计算结果表明：对于高纬区域,高轨道倾角增强下的RAIM可用性效果最好,而在中、低纬区域,中轨道倾角星座增强下的RAIM可用性效果最优;在全球范围内,高轨道倾角、中轨道倾角和混合轨道倾角星座增强下非精密进近阶段的RAIM可用性较BDS分别提升30.5%、29.0%和41.0%。由此可知,由不同轨道倾角组成的混合星座可较好地弥补可视卫星在空间覆盖上的缺陷,其全球RAIM可用性增强效果最优,增强下的RAIM可检测到的最小伪距偏差较之前平均减小33.3 m。     

低轨卫星增强北斗系统完好性性能分析

针对完好性是北斗建设的重要内容,但增强北斗系统完好性性能未有完整评估的问题,对低轨卫星增强北斗系统完好性性能进行探究.本文通过仿真北斗导航卫星(BDS)和低轨卫星(LEO),利用最小可探测偏差(MDB)、空间信号精度(SISA)和故障检测率3个指标来衡量整个增强系统下的完好性性能.结果表明,MDB平均增强了 16.5％,故障检测率提高了 8％,BDS单颗卫星也满足SISA要求.因此,低轨卫星的加入可以有效提高北斗系统完好性性能.     

北斗民用双频星基增强电文性能的初步评估

针对北斗星基增强系统(BDSBAS)试验运行阶段播发的星基增强电文连续性及可用性问题,该文结合民用双频星基增强BDSBAS-B2a电文播发现状,分析了 BDSBAS-B2a电文内容及播发策略,并比对分析了不同服务区域有无星基增强电文支持条件下的用户定位精度,初步验证了BDSBAS-B2a电文的有效性.评估结果表明:①BDSBAS-B2a电文类型、信息内容及更新周期均满足国际标准约定,初步具备了与其他星基增强系统(SBAS)在信号和信息层面的兼容与互操作能力;②相较于该文监测实现的BDS双频基本导航定位精度,BDSBAS能够有效将定位服务精度提升近一倍左右.     

北斗卫星导航系统完好性性能测试方法与分析

导航系统的完好性是指系统在不能使用时,及时向用户发出告警的能力。北斗卫星导航系统完好性研究处于刚起步阶段,实施办法、实验监测和衡量标准急需建立和完善。本文对北斗卫星导航系统完好性性能测试方法进行了深入研究,提出了适用于北斗二代导航系统完好性性能的监测方法。     

伪卫星增强下的北斗系统服务精度仿真分析

提出伪卫星增强条件下的北斗定位与授时方法,推导相应的定位及授时算法,利用仿真数据完成伪卫星增强下的北斗地面和空中用户DOP值分析,分析伪卫星布站需求,论证了地面用户和空中用户的定位和授时精度。分析结果表明,伪卫星增强是提高北斗系统服务的有效技术途径,在区域范围内布设4颗左右伪卫星可以获得优于1.32左右的PDOP值,地面用户的位置精度达到1.3 m左右,授时精度达到1.6 ns左右,空中用户的位置精度达到1.5 m左右,授时精度达到2.4 ns左右,其中高程精度和授时精度均得到大幅提升。     

北斗星载时间频率系统发展综述

北斗时间频率系统(简称时频系统)是我国独立建设和维护的时间频率系统。北斗星载时频系统是北斗时频系统的重要组成部分。以北斗星载时间频率系统的发展建设为主线,综合各类国内外文献、网站发布的技术管理信息,梳理了北斗星载时频系统的发展历程,描述了当前以星载时频系统为主的北斗时频系统的现状,并在分析归纳当前系统状态的基础上,提出了未来北斗星载时频系统的发展趋势。     

MSAS系统在中国区域服务性能评估与分析

为了提高GNSS卫星导航系统服务性能,美国、欧洲各国、日本、印度、俄罗斯、韩国、中国已经建立或者即将建立独立的星基增强系统,通过提供广播星历差分与完好性增强信息,满足高精度高完好性用户使用需求。针对日本MSAS系统在中国区域SBAS增强服务性能不稳定的问题,在理解SBAS增强信息内容和处理流程的基础上,对分布在不同位置的日本两个站(GMSD、MIZU)和中国中东部区域3个站(天津、上海、武汉)的数据进行测试,采用GPS单点定位、MSAS增强单点定位和MSAS双频精密单点定位3种模式进行增强效果的评估和分析。结果表明,在中国区域采用MSAS电离层改正参数效果不佳,距离越远,精度改善程度越差。只采用轨道和钟差改正信息,较单点定位可实现10%的精度提升,精密单点定位可实现60%的精度提升,但需数十分钟的收敛时间,本文也给出了多方面的解决方法。     

北斗精密定轨及广播星历轨道精度评估

目前各类用户对基于北斗卫星导航定位服务需求在不断扩大,由于广播星历实时、易获取,北斗广播星历精度是实时导航定位用户关心的问题,也是检验系统是否达成设计指标的关键因素。文中基于国家基准站和MGEX站计算北斗精密轨道,重复弧段精度优于利用国际站计算结果。将计算的北斗精密轨道作为参考,更加准确地评估分析北斗广播星历轨道误差的精度。分析结果显示,北斗广播星历轨道径向精度优于法向和切向精度,且法向误差具有较为明显的周期性。各类卫星中,GEO卫星精度稍差,而IGSO和MEO卫星与GPS在同一量级。随着北斗卫星系统逐步组网完善,地面监测站分布趋于合理,北斗系统整体性能将会不断提高。     

北斗地基增强系统框架下流动站定位精度分析

江苏连续运行的参考站(CORS)苏州分中心已经建成覆盖全市的北斗地基增强系统框架网络,并基于此框架网络对区域用户提供服务,针对流动站在不同环境下连接各种源节点的稳定性和局限性问题进行了一系列测试.结果表明,在卫星不被遮挡的情况下,无论接收机是采用单星模式、双星模式,还是三星模式,其定位精度均能满足要求,即平面精度优于5cm,高程精度优于10cm.在卫星被遮挡的情况下,三星模式优势尤其明显,其初始化时间、稳定性以及定位精度均优于其他两种模式.     

GPS/BDS系统实时用户保护水平研究分析

针对全球卫星导航定位系统的完备性监测领域中,用户保护水平估计不准会使系统性能降低或产生误警信息等问题,该文比较BDS系统、GPS系统、BDS/GPS组合系统下实时用户保护水平,并验证BDS系统下的实时用户保护水平是否满足用户的需求。利用水平保护水平和垂直保护水平模型,选取了3个监测站2d的监测结果分析了GPS系统、BDS系统与GPS/BDS系统组合的实时用户保护水平,并验证了该算法的稳定性。     

北斗系统三频单点定位性能研究

针对国内外对北斗三频研究较少的情况,本文采用实际接收数据分析了目前星座结构为5颗GEO卫星,5颗IGSO卫星和4颗MEO卫星的北斗二代系统三路信号(B1、B2、B3)的具体性能;结合实测数据分析B1、B2、3三路信号的信噪比,多径误差以及单点定位精度,推导出处理三频数据的多径误差的数学模型。最后通过实验得知,B3信号的信噪比小于B1、B2,同时较小的多径误差使其定位误差小于B1、B2;研究结果补充了GNSS三频多径误差算法,也在一定程度上对北斗系统三频信号定位性能做出整体评估。     

BDS不同轨道卫星精密单点定位性能分析

为了分析北斗不同轨道卫星对定位结果的影响,从而更好地利用我国自主研发的北斗卫星导航系统。该文采用亚太地区7个MGEX测站12d观测数据,进行静态、后处理动态和模拟实时动态3种模式的精密单点定位实验。实验结果表明,在北斗3类轨道卫星等权的情况下,倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星对定位结果贡献最大;北斗两类轨道卫星组合中,IGSO+MEO组合定位精度最高,其静态精密单点定位(PPP)在E、N、U方向的RMS分别为0.62、0.39、3.71cm,后处理动态和模拟实时动态PPP的RMS为分米级;北斗各类轨道卫星与GPS组合定位中,GPS+IGSO+MEO组合定位结果收敛速度最快,收敛时间为26.30min。     

BDS可用性研究与验证

为研究北斗卫星导航系统(BDS)的定位性能,根据实测数据对比分析了BDS/GPS组合系统的定位结果,对基于BDS的数据可用性进行了分析,并对BDS与GPS分别在RTK模式下的定位结果精度进行分析。研究表明:BDS/GPS组合系统的兼容性与融合性得到了验证,基于BDS的数据可用性良好,基于BDS的RTK测量成果精度可靠。     

不同卫星天线参数对BDS定轨定位精度的影响

论证了BDS精密单点定位时卫星天线参数与卫星轨道、钟差产品保持一致的必要性。基于4组不同卫星天线参数BDS精密定轨RTN3方向内符合精度,GEO卫星均在9.3、18.6、11.5cm左右,IGSO卫星均在1.7、4.2、2.7cm左右,MEO卫星均在2.1、5.1、4.8cm左右,在R方向的差异小于5mm,在TN方向的差异最大为2.4cm;定轨结果与GFZ的事后精密产品比较,RTN3方向外符合精度差异较明显,排除GEO卫星因定轨策略与GFZ差异较大的因素,IGSO和MEO外符合精度ESA和WHU相近,RTN3方向均在10cm以内,各分量上优于IGS和EST 1~10cm,其中TN方向差异最显著。在保持BDS PPP使用的卫星天线参数与卫星轨道、钟差产品一致的前提下,4组卫星天线参数定位精度相近,其中静态定位最后一个历元水平和高程方向坐标偏差均在5cm以内,动态定位收敛后坐标偏差RMS水平方向在10cm以内、高程方向在15cm以内;使用ESA和WHU天线参数动态定位平均收敛时间在46min左右,IGS和EST天线参数动态定位平均收敛时间在56min左右,略差于基于GFZ事后产品的收敛时间,其平均收敛时间在34min左右。     

方差分量估计分析北斗伪距信号精度

针对北斗伪距精度和时间相关性研究较少的问题,该文引入最小二乘方差分量估计方法,对伪距与载波相位形成的电离层残差组合序列求高阶差分,构造伪距观测量的关系方程,并分析了北斗卫星伪距观测量的精度和时间相关性。结果表明,北斗伪距观测量的测量噪声在0.1~0.5m范围内,随高度角的增大而减小;不同频率的伪距噪声各有差异,高度角增大时差异减小,所有测站中B1的伪距噪声最大,B2、B3的大小关系随测站而异;地球同步轨道卫星的伪距精度优于倾斜地球同步轨道和中地球轨道卫星,且后两者差距较小;市场上两款北斗接收机的伪距测量精度相当。相关分析表明,当接收机采样频率等于或低于1Hz时,伪距观测量不存在明显的时间相关性;当采样频率高于1Hz时,伪距观测量表现出较强的时间相关性。     

GDCORS多星系统定位平台测试与分析

广东省连续运行卫星定位服务系统(G DCORS)建成了兼容多星系统的北斗地基增强平台,组织开展了新平台与原平台的外业测试.并从内符合精度评定、重复性精度评定、外符合精度、初始化时长等方面对网络实时动态(RTK)定位结果进行了统计和比对分析.测试结果表明,新平台能够提供高可靠性、高精度的网络RTK服务.文中研究结果可为GDCORS用户使用新/原平台提供实际应用参考.