不同截止高度角下BDS-3SPP精度分析

针对卫星可见数与历元可用率较低情况下的BDS-3定位性能,本文基于MEGX跟踪站BDS-3与GPS实测数据,分析了不同高度角（10°、20°、30°、40°）下BDS-3卫星B1I、B1C、B2a、B3I,以及GPS系统L1频率的单点定位（SPP）精度。研究发现,BDS-3平均卫星可见数与卫星空间几何构型优于GPS,且随着高度角的增加呈线性变化。BDS-3的4个频率的SPP精度随着高度角的增加呈先增加后降低的趋势,高度角为20°时,定位精度最高,高度角达到40°时,定位精度最低,且历元可用率也最低;但B1I和B3I历元可用率仍大于90%,而B1C和B2a历元可用率大于70%;不论是SPP定位精度还是历元可用率,均优于GPS系统L1频率。     

GPS／BDS／GALILEO多系统融合伪距单点定位性能分析

针对在不同截止卫星高度角的情况下,GPS、BDS、GPS／BDS、GPS／GALILEO、BDS／GALILEO 、GPS／BDS／GALILEO间伪距单点定位精度的差异,本文对多系统融合伪距单点定位的数学模型和误差项处理方法进行了研究,以香港CORS站HKMW站点全天的数据为实验数据,在截止卫星高度角10°、15°、20°、30°、40°的情况下,进行了GPS、BDS、GPS／BDS、GPS／GALILEO、BDS／GALILEO、GPS／BDS／GALILEO伪距单点定位解算。结果表明,GPS／BDS／GALILEO组合系统在X、Y、Z各方向的定位精度都优于单系统,定位结果更加稳定,尤其在截止高度角达到30°、40°时,单系统的定位精度急剧下降,历元可用率降低,而GPS／BDS／GALILEO组合系统仍能满足定位的要求。      

不同截止高度角下BDS／GPS／GALILEO 多模组合SPP 解算性能分析

文中选取MGEX跟踪站部分测站的2016年2月1日1天的观测数据,在截止高度角分别为5°、15°、25°、30°、40°、45°的情况下,分析BDS(C)、GPS(G)、GPS+BDS(GC)、BDS+GALILEO(CE)、GPS+GALILEO(GE)、GPS+BDS+GALILEO(GCE)六种组合模式的单点定位(SPP)的定位性能. 研究结果表明:GPS+BDS+GALILEO(GCE)组合稳定性最好. 同一高度截止角下,卫星数目最多,历元可用率最高,为96％,相比其他模式,定位精度提高了20％~40％. 在建筑物密集区、山区、树林和遮挡严重的区域具有很好的应用价值.      

北斗系统标准单点定位算法研究

北斗卫星导航系统已建成区域导航星座,可在亚太范围提供无源定位、导航和授时服务。本文系统研究了北斗系统标准单点定位算法,采用实测数据对北斗系统和GPS标准单点定位算法进行了算法验证和数据分析。实验结果表明,北斗系统标准单点定位在X、Y和Z方向上的精度分别为7.1 m、9.2 m和13.2 m,GPS标准单点定位在X、Y和Z方向上的精度分别为6.2 m、5.8 m和11.2 m,北斗系统与GPS标准单点定位的三维定位精度基本一致,证明了北斗系统已经具有独立导航定位能力,可为标准导航定位应用提供服务。     

北斗卫星导航系统高精度相对定位性能分析

通过实际采集的北斗卫星导航系统广播星历数据,计算北斗卫星导航系统卫星的位置,分析我国北斗卫星导航系统星座在不同纬度条件下的可视情况。采用两台BDS/GPS接收机同时接收北斗卫星导航系统与全球定位系统数据,单独利用北斗卫星导航系统与全球定位系统系统进行静态基线解算,结果表明,目前我国北斗卫星导航系统的定位精度和全球定位系统相当。利用单历元算法对基线进行"实时"解算,在X轴和Y轴方向北斗卫星导航系统精度稍差,在Z轴方向二者精度相当。     

信号易遮挡环境下BDS/GPS系统定位性能分析

通过设置不同的截止高度角来模拟卫星信号受遮挡的情况,并以某CORS网4.8 km与5.1 km的2条基线为例,对截止高度角为10°～60°的遮挡情况下,GPS/BDS系统相比单GPS系统、单BDS系统在单历元双频基线解算时的卫星可见性、模糊度固定、定位精度等定位性能的改善情况进行了对比分析。结果表明GPS/BDS组合系统相对单系统,极大改善了卫星的可见性,提升了模糊度的固定率、正确率,在截止高度角为50°、60°的极端条件下,GPS/BDS组合系统单历元基线解算精度在E、N方向仍可达10.0 mm左右,在U方向仍可达20.0 mm左右。     

双导航定位系统伪距单点定位数据处理方法与精度分析

首先介绍北斗卫星导航系统、全球定位系统及其组合系统伪距单点定位的数学模型和定位处理方法,分别进行了单系统及组合系统伪距单点定位的数据处理实验。实验结果表明,目前的北斗系统伪距单点定位的精度稍逊于全球定位系统,北斗系统及全球定位系统构成组合系统伪距单点定位的精度高于北斗系统的精度,低于全球定位系统。北斗系统伪距单点定位在X、Y、Z方向的精度分别1.60m、4.15m、6.45m,全球定位系统伪距单点定位在X、Y、Z方向的精度分别为1.28m、2.50m和3.6 5m,北斗系统/全球定位系统组合系统伪距单点定位在X、Y、Z方向的精度分别为1.45m、3.15m和4.90m。     

基于方差分量估计的不同截止高度角下的组合单点定位

BDS/GPS/GLONASS组合系统定位时,由于系统间卫星测距精度的差异性,需要合理确定卫星间权比,Helmert方差分量估计常被用于确定不同类观测值间权比;而当观测值含有粗差时,Helmert方差分量估计定位结果容易被粗差污染或收敛失真,出现大的偏差。文中基于Helmert方差分量估计,引入等价权因子IGGIII函数,建立抗差Helmert方差分量估计权函数模型,对比分析其在低截止高度角10°、15°和20°下,在BDS/GPS/GLONASS组合系统定位中的应用及定位精度,并讨论分析在高截止高度角30°和40°下,组合系统和单系统BDS的定位精度。实验结果表明:当观测值无明显粗差时,Helmert方差分量估计和抗差分量估计的定位精度相当,略低于高度角权函数的定位结果,点位精度RMS优于2.5m;含粗差时,抗差解定位精度最高;当截止高度角为30°时,BDS单系统定位精度RMS优于5m,而组合系统RMS接近3m;为40°时,组合系统平面精度RMS优于2m,三维精度RMS优于6m,而单系统不能定位。     

不同时长北斗基线精度差异分析

北斗导航系统已经可以为亚太地区提供导航服务,其中精度的测试和评估是目前研究的热点。本文以4个连续观测站的观测数据为基础,进行了不同时长静态基线解算,并与精确定位结果进行比较,发现静态解算精度优于3 cm,E、U、V三个方向的向量精度随着基线观测时长的增加而提高。同时进行北斗动态单历元基线解算,与精确定位结果相比,计算发现北斗单历元动态基线解算精度优于0.2 m,并且E、U、V三个方向的向量精度随着基线观测时间的长度增加而提高,有趋于稳定的趋势。比较结果表明,北斗系统具有良好的稳定性,监测时间越长,定位精度越高。     

不同截止高度角GPS/BDS组合伪距差分定位性能分析

针对在不同截止卫星高度角时,GPS,BDS,GPS/BDS系统间伪距差分定位精度的差异,文中对多系统融合伪距差分定位的数学模型方法进行研究。以香港CORS站6.9km和34.0km的两条基线为例,在截止卫星高度角10°、20°、30°、40°的情况下,进行GPS,BDS,GPS/BDS伪距差分基线解算。结果表明,与34.0km基线相比,6.9km基线伪距差分定位具有更高的精度,在不同截止高度角下,GPS/BDS组合系统在E,N,U方向的定位精度都优于单GPS,BDS系统,且定位结果更加稳定,特别在截止高度角为40°的极端条件下,GPS/BDS组合伪距差分定位精度仍能达到m级左右。     

BDS-3多频RTK在不同高度角下定位性能分析

设计了7种不同高度角BDS-3短基线RTK解算实验,参与解算频率包括单频（B1C、B2a、B1I、B3I）、双频组合（B1C/B2a、B1C/B3I、B1I/B2a、B1I/B3I）以及三频组合（B1C/B2a/B3I、B1I/B2a/B3I）。实验结果表明,BDS-3卫星可见数随高度角的增加而降低,PDOP值随高度角的增加而增加;在单频RTK性能方面,B1I和B3I定位性能稳定,受高度角影响较小,但在低高度角（10°～20°）的情况下,B1C和B2a定位性能更优;在双频RTK性能方面,B1I/B3I组合短基线RTK定位性能稳定,即使在极端高度角（40°）时,水平定位精度优于2 cm,高程定位精度优于4 cm;在三频RTK性能方面,B1I/B2a/B3I组合短基线RTK定位性能稳定,即使在极端高度角（40°）时,水平定位精度优于2 cm,高程定位精度优于4 cm。     

不同卫星截止高度角下GPS观测结果的对比分析

本文对23个时间跨度为4.2年的全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS连续观测站,以卫星截止高度角分别是5°、10°、15°、20°、25°、30°和35°的全球定位系统（global positioning system,GPS）数据为研究对象,从双差观测数、观测噪声、观测精度和水平速度4项指标进行统计分析,结果表明：卫星截止高度角增加5°,每颗卫星平均的双差观测数减少12%左右;10°、15°和35°时噪声相对较低,相对来说35°卫星截止高度角噪声最低,在保证观测数据量时,高度角越高噪声越低;东西方向的观测精度低于南北方向,相对来说在10°、15°和35°的卫星截止高度角下,3个方向的精度较为一致;在没有遮挡和多路径等外部条件影响下,对于长期观测来说,5°～35°不同卫星截止高度角下的水平速度的差异不大。     

利用智能手机GNSS信噪比反演三维地图的方法

本文利用智能手机GNSS信噪比观测值在建筑物周围的变化特征,分析其与建筑物对GNSS信号遮挡的关系,提出了一种二维概率地图的概率消减反演算法和建筑高度的邻近边界点体素化反演算法,进而采用大量观测数据反演三维地图,并对反演精度进行分析。试验结果表明,在5 m栅格地图上,取高度角为5°以上卫星的GNSS信噪比数据,达9000历元时各项精度趋于稳定,超过12 000历元时反演的建筑物中心坐标、建筑面积、角点点位及建筑高度综合效果最佳。其中心点位误差为1.16～1.74 m,面积误差为1.12%～2.39%,角点误差绝对均值为5.00～5.30 m,均方根误差为5.82～6 m,建筑高度误差为0.04～2.1 m,基本实现了利用智能移动终端GNSS信噪比数据反演三维地图的目标。     

G PS 与北斗伪距单点定位性能对比分析

为分析北斗系统正式向亚太地区提供区域服务以来其伪距单点定位精度,以及与G PS伪距单点定位精度进行比较,本文采用C＋＋独立编写了G PS和BDS的伪距单点定位程序,并对武汉大学在亚太地区布设的北斗系统连续观测基准站网在2013年1月15日所采集的G PS和北斗的数据进行解算。通过比较G PS和北斗在一天中各个单历元解的散点分布,N、E、U方向的偏差,PDOP值和可见卫星数的变化,来比较GPS与北斗伪距单点定位的性能。实验结果表明：G PS与北斗的伪距单点定性能相差不大,G PS的定位精度可以保证15 m以内,而北斗系统的定位精度优于20 m 。     

高度角与信噪比混合的GNSS随机模型精化及其对RTK定位性能的影响

全球卫星导航系统(GNSS)观测值精度会受到大气延迟、非视距(NLOS)信号和多径等因素的影响，而高度角或信噪比(SNR)模型对不同误差源的敏感程度不一样，导致传统基于高度角或SNR的单一随机模型不能满足全场景的高精度定位导航，加上多频多系统的出现，不同GNSS甚至同一系统的不同频段观测值精度也会存在差异，这也给传统模型定权带来了一定挑战.在分析高度角随机模型、SNR随机模型存在的优缺点的基础上，提出了一种高度角、SNR混合的随机模型；通过站间单差、历元间三次差分别对GPS、北斗卫星导航系统(BDS)、Galileo的伪距、相位噪声进行提取，精化了高度角、SNR混合随机模型.实验表明，SNR模型、高度角模型、混合模型的模糊度正确固定率分别为92.42%、95.85%、97.69%;SNR模型定位精度低于高度角和混合模型，混合模型相比于高度角模型，水平方向上定位精度提升了50.0%，高程方向精度提升了37.1%.     

顾及伪距差分系统间偏差的GPS/BDS/Galileo/QZSS伪距差分定位精度分析

随着BDS、Galileo和QZSS等卫星导航系统的发展,GNSS正朝着多系统组合定位的方向发展。本文针对GPS/BDS/Galileo/QZSS,提出四系统间伪距差分模型,并对其定位性能分析。结果表明:无论是相同还是不同类型的接收机,伪距DISB在几天范围内是稳定不变的。同时通过设置截止高度角进行模拟遮挡实验。实验结果表明:相对于常规的系统内伪距差分方法,系统间伪距差分方法在截止高度角为30°、40°、50°下的定位精度分别提升19.62%、33.11%、57.77%。该方法可以有效提升定位的精度和可靠性,特别是在遮挡严重的环境下改进明显。     

实时估计不同类型北斗卫星观测值的随机模型

为分析北斗卫星观测值随机特性,估计了地球静止轨道、倾斜地球同步卫星轨道、中地球轨道卫星载波相位观测值的方差分量。发现不同接收机和不同类型卫星观测值方差分量的大小和时变特性具有明显差异。为构建更切实际的方差结构随机模型,提出利用迭代最小二乘和最小范数二次无偏估计相结合的方法,实时估计不同类型北斗卫星观测值方差分量。为评估实时估计随机模型的性能,对243 m、645 m、10 137 m三条不同长度基线进行精密相对定位测试,结果表明:实时估计随机模型能有效改善北斗卫星精密单历元动态相对定位性能,尤其当站间距离较长时改善更显著。10 137m基线测试结果表明,1h数据单历元解在北、东、高方向,平均定位精度分别提高了41.3%、54.5%、51.6%,稳定性分别提高了38.4%、17.7%、39.7%。     

不同截止高度角下BDS/GPS/GLONASS/Galileo多模组合SPP性能分析

针对单系统在遮挡环境下可见卫星数较少、历元利用率低、定位稳定性、定位可靠性和定位精度较差的问题,首先,利用间接平差法对BDS/GPS/GLONASS/Galileo组合观测方程进行求解;然后,运用最小二乘法原理求解待估参数,最终解算出测站点坐标。采用MGEX站部分测站的数据对不同截止高度角下(7°、15°、20°、30°、40°、45°)不同模式GPS、GPS+Galileo、GPS+GLONASS、BDS+GLONASS+Galileo、GPS+BDS、GPS+GLONASS+BDS、GPS+GLONASS+BDS+Galileo的单点定位(single point positioning,SPP)进行解算和数据处理。结果表明,在截止高度角为45°时,点位离散程度变差,但相比其他模式特别是GPS单系统,GPS+GLONASS+BDS+Galileo组合稳定性和可靠性都较好;GPS单系统历元利用率较低,全天不足1/3,然而GPS+BDS、GPS+GLONASS+BDS、GPS+GLONASS+BDS+Galileo组合历元仍然全天可用,GPS部分历元精度优于GPS+GLONASS+BDS和GPS+GLONASS+BDS+Galileo组合,但整体定位性能较差。GRCE组合在全天历元可用和实现单点定位前提下,整体定位性能优于其他模式。     

GPS与GLONASS多频组合伪距单点定位精度分析

以国内跟踪站实测数据为基础,详细分析了不同高度角情况下GPS/GLONASS多频组合伪距单点定位精度.经研究发现,双系统组合较单系统能有效改善随高度角增加卫星可见数、PDOP值、解算历元数以及定位精度变差的情况,可提高观测环境较差情况下的定位精度.     

BDS-3双频伪距单点定位精度分析

针对BDS-3多频定位性能,本文基于MGEX站BDS-3多频实测数据,设计了正常高度角为10°以及极端高度角为35°两种情况,分析了BDS-3 5种双频组合伪距单点定位精度,并与GPS系统L1/L2组合伪距单点定位精度进行对比。经研究发现,在正常高度角情况下,除B2a/B3I组合外,其他双频组合伪距单点定位水平向精度优于1 m,高程向精度优于2 m,不同组合3D方向的精度关系为：B1C/B3I>B1I/B2a>B1I/B3I>L1/L2>B2a/B3I;在极端高度角情况下,BDS-3定位性能明显降低,水平向定位精度低于1 m,高程向精度低于4 m,不同组合3D方向的精度关系为：B1C/B2a>B1C/B3I>L1/L2>B1I/B2a>B1I/B3I>B2a/B3I。