共模误差对陆态网测站速度场估计的影响

本文基于52个陆态网连续运行观测站和中国境内及周边10个IGS站近5年的坐标时间序列,利用相关系数加权的叠加滤波法定量计算坐标序列中存在的共模误差,并使用CATS软件分别估计测站各分量剔除共模误差前后的坐标时间序列的速度及其精度,结果显示:在E、N、U分量上,相对于原始坐标时间序列,由剔除共模误差的坐标时间序列整理而得的测站各分量估计速度与陆态网发布速度偏差的均值分别减小了7.32%,1.87%,7.84%,同时各分量估计速度的精度均值也分别提高了33.43%,21.11%,59.26%,这表明在估计区域的测站速度场时,若不剔除原始坐标序列中存在的共模误差,测站的运动速度及其精度可能会被不恰当地估计,即利用剔除共模误差后的坐标时间序列而得结果理论上更加准确可靠。     

小型化LEO星座与BDS-3全星座联合定轨仿真

受限于区域监测站及地球静止轨道(geosynchronous earth orbit, GEO)卫星的静地特性,北斗卫星导航系统(BeiDou satellite navigation system,BDS)定轨精度较差,加入低轨卫星(low earth orbit,LEO)星载数据可显著提升定轨精度。使用一种由24颗LEO卫星组成的小型低轨卫星星座,在BDS-3全星座情况下,仿真分析了导航卫星与低轨卫星联合定轨对北斗卫星轨道的提升程度。分别进行仅地面测站定轨、地面测站与LEO联合定轨试验,包含全球均匀、亚太区域、亚海分布3类测站布局。结果表明:(1)仅地面测站定轨时,GEO卫星轨道三维精度在分米量级,加入LEO观测数据后,定轨精度在厘米量级,提升程度达80%以上;(2)区域地面测站时,导航卫星轨道三维精度在分米量级,加入LEO卫星后,所有类型导航卫星定轨精度均提升至数个厘米,提升效果显著;(3)全球均匀测站时,LEO的加入仍然可提升倾斜地球同步轨道/中高轨道卫星定轨精度,提升效果在毫米至厘米量级。     

基于站间单差相位绕转数据估计测站天线旋转速率的方法研究

相位绕转在GNSS定位中是一种误差源,但包含接收机天线旋转的有用信息。提出了一种基于站间单差相位绕转观测数据估计测站天线旋转速率的方法。首先由无几何距离观测值的变化判断天线旋转的开始与结束时间,然后利用单颗卫星站间差分的无几何距离观测值求出测站的天线旋转角度,以及单颗卫星的测站天线旋转速率,最后将所有卫星计算的测站天线旋转速率按照高度角加权平均得到最终的天线旋转速率。通过精心设计实验方案,经实测数据验证,该方法可以精确地估计测站天线的旋转速率,在本实验中,天线旋转平均速率估计精度约为0.5°/s。     

Helmert方差分量估计在GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合精密单点定位权比确定中的应用CSCD

多星座组合定位可以提升导航定位性能,但不同星座观测量组合时需要考虑合适的随机模型.传统方法是根据经验直接设定各系统的等价权重,但会导致随机模型确定不精确,从而影响组合系统的性能提升.将Helmert方差分量估计方法应用于GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合精密单点定位(PPP)中,以自适应确定各系统间权比.采用国际GNSS服务(IGS)MGEX(Multi-GNSS Experiment)观测网的10个测站一周的观测数据进行静态和仿动态试验.结果表明:采用Helmert方差分量估计定权方法可显著提高GPS/GLONASS/BDS/Galileo组合PPP的收敛速度,与等权定权方案比较,静态模式下平均提高52%,仿动态模式下平均提高64%.因定位精度主要由载波相位观测值精度和误差修正水平决定,在静态和仿动态测试中Helmert方差分量估计方法对定位精度没有明显改善.     

基于Kalman滤波的大规模GNSS网参数估计方法

针对传统方法存在的缺陷,研究了利用Kalman滤波技术进行大规模GNSS网参数（主要包括测站位置参数、卫星轨道参数及极移参数）估计的理论方法与关键技术,并利用40个全球均匀分布的IGS站多天的观测数据对理论成果进行了验证。结果表明,本文估计得到的测站位置参数与IGS结果各分量较差的RMS值分别为0.85、1.1、1.21 cm,得到的卫星轨道参数外推1 h后与IGS最终星历各分量较差的RMS值分别为9.8、8.6、7.2 cm,得到的极移参数与IERS结果的较差基本在1 mas之内;该方法具有较高的估值精度,可有效地用于GNSS网各类参数的估计。     

北斗区域卫星导航系统定位性能的纬度效应

与全球定位系统（global positioning system,GPS）不同,北斗区域卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）采用了5颗地球静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星和4颗中圆轨道卫星的混合星座,星座分布不均匀。特殊星座决定了不同纬度地区用户的可见卫星数量和观测几何结构存在明显差异,用户的导航定位性能存在明显的纬度效应。分别从理论模型和实际观测两个方面对不同纬度地区用户的可见卫星数目、观测几何结构和导航定位性能进行较全面分析,使用了多家厂商的接收机,在不同纬度地区进行了GPS、BDS以及两系统融合定位试验。结果表明,BDS定位性能存在明显的纬度效应,即定位精度随纬度升高而降低;GPS导航定位性能没有明显的纬度效应;BDS/GPS数据融合可以减弱纬度效应,提高导航定位服务的精度和可靠性。     

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。     

利用轨道参数修正的无控制点星载SAR图像几何校正方法

使用距离多普勒模型进行SAR图像几何校正时,卫星轨道误差、系统成像参数误差和DEM高程的误差会影响几何校正精度。本文提出了一种基于轨道参数修正的星载SAR图像几何校正方法。首先利用多项式对卫星轨道进行参数化,然后使用模拟SAR图像与真实SAR图像进行匹配得到控制点来修正轨道参数,最后利用修正后的参数进行几何精校正,从而提高几何校正精度。该方法无需地面控制点,适用于不易于人工测量获取地面控制点地区的SAR图像几何校正,与基于模拟SAR图像匹配并使用多项式改正的几何校正方法相比,本文方法具有更高的精度。使用Radarsat-2图像进行试验,并使用地面实测GPS控制点验证了本方法的有效性。     

虚拟参考站技术中对流层误差建模方法研究

大气折射误差和轨道误差是制约长距离RTK精度的主要因素。虚拟参考站技术利用多个基准站的观测数据来建立大气延迟误差和轨道误差模型,以削弱这些误差的影响。在分析测站高程对对流层延迟建模精度影响的基础上,提出7种含高程影响因子的对流层误差建模模型,并通过两个实例,分析比较这几种对流层建模模型的精度和适用条件。最后,分析和讨论建议模型用于实时动态定位的精度,得出一些有益的结论。     

地球静止轨道卫星数目对BDS单点定位的影响

针对相同条件下地球静止轨道卫星星历引入的测距误差约为中地球轨道卫星2倍的问题,该文分析了北斗导航系统中地球静止轨道卫星数目对定位的影响。采用实测数据在观测时段内可见的倾斜地球同步轨道、中地球轨道卫星的基础上,逐次增加一颗高度角最大的地球静止轨道卫星参与定位;对比分析了不同数目地球静止轨道卫星参与定位时位置精度因子值的变化,以及在北、东、高方向分量误差及总误差的内外符合精度。数据分析表明,按高度角逐次增加1~4颗地球静止轨道卫星时,系统的位置精度因子值有不同程度的改善,定位精度与增加一颗高度角最大的地球静止轨道卫星时基本相当;对高度角最小的地球静止轨道卫星降权处理,定位精度比未降权时提高。     

北斗卫星伪距偏差模型估计及其对精密定位的影响

现阶段北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）的同步地球轨道（geostationary orbits,GEO）卫星、中倾斜地球同步轨道（inclined geo-synchronous orbits,IGSO）卫星和中圆地球轨道（medium earth orbit,MEO）卫星均存在伪距偏差,该伪距偏差的存在对精密定位的研究及其应用产生了较大的影响。根据北斗IGSO和MEO卫星的伪距偏差与高度角和频率相关的误差特性,本文分析了测站数目及分布,以及观测时长对建模的影响,选择18个测站2015年全年的数据作为MEO卫星的建模数据,其中可以连续观测到全弧段IGSO卫星的4个测站用于IGSO卫星的建模,采用加权分段线性拟合联合抗差估计的方法建立了北斗卫星伪距偏差改正模型。模型改正后,北斗IGSO和MEO卫星的伪距偏差得到明显的削弱,相比于传统的伪距偏差改正模型,精密单点定位（precise point positioning,PPP）的定位精度和收敛时间均得到提升。     

一种高精度的基坑水平位移监测方法探讨

将CPⅢ(高速铁路轨道控制网)平面控制测量的自由测站施测方法应用到基坑水平位移变形监测中,其特点是根据施工现场情况选择任意合适的地点架设测站,避免了施工环境对测量工作的影响和仪器的对中误差。介绍了Helmert方差分量估计定权原理和置平平差原理,通过自编程序完成了基坑变形监测的仿真计算。计算结果证明:利用自由测站采集观测数据,Helmert方差分量估计定权约束平差和置平平差均能够高精度地得到毫米级的基坑变形量,可以应用到基坑水平位移变形监测中。     

联合高低卫-卫跟踪和卫星重力梯度数据恢复地球重力场的谱组合法

GOCE采用的高低卫-卫跟踪和卫星重力梯度测量技术在恢复重力场方面各有所长并互为补充,如何有效利用这两类观测数据最优确定地球重力场是GOCE重力场反演的关键问题。本文研究了联合高低卫-卫跟踪和卫星重力梯度数据恢复地球重力场的最小二乘谱组合法,基于球谐分析方法推导并建立了卫星轨道面扰动位T和径向重力梯度Tzz、以及扰动位T和重力梯度分量组合{Tzz-Txx-Tyy}的谱组合计算模型与误差估计公式。数值模拟结果表明,谱组合计算模型可以有效顾及各类数据的精度和频谱特性进行最优联合求解。采用61天GOCE实测数据反演的两个180阶次地球重力场模型WHU_GOCE_SC01S（扰动位和径向重力梯度数据求解）和WHU_GOCE_SC02S（扰动位和重力梯度分量组合数据求解）,结果显示后者精度优于前者,并且它们的整体精度优于GOCE时域解,而与GOCE空域解的精度接近,验证了谱组合法的可行性与有效性。     

导航星间链路体制星地时间同步性能及其相关因素分析

利用北斗组网星座资源,将导航体制星间链路技术应用于星地时间同步是一种较好的远程高精度时间传递方法。星地时间同步通过双向单程测量能够抵消大部分信道误差,从而提高测量精度,但仍存在因部分上下行路径不一致所引起的残留误差,影响最终时间同步性能。本文主要介绍星地时间同步的基本原理,给出时间同步过程中主要误差修正方法,重点分析轨道先验信息对时间同步性能的影响,并利用不同精度的轨道对星地实测数据进行分析和验证。结果表明,采用北斗广播星历与精密星历解算的星地钟差拟合残差RMS值均优于0.1 ns,当轨道信息叠加一定程度的随机误差时,通过平滑处理的方法可以进一步提高时间同步精度。本文可为星地实现高精度时间同步提供一定的技术参考和积累。     

Helmert分类定权法在水准测量中的应用

针对传统定权方法不能较好地顾及地形起伏对高差观测误差的影响这一问题,把整网水准观测值分为按测站及距离定权,将Helmert方差分量估计方法应用于高差观测值实测精度的水准网分类定权中,该方法能较合理地根据地形情况确定初始权阵、提高初始权精度、反映高程监测网的实际状况。结合算例,对该方法定权及平差效果进行了分析。     

IGS14地球参考框架更新及其对GPS精密定轨的影响

IGS14地球参考框架发布后,IGS分析中心参考框架已从IGS08转到IGS14,研究框架变化对精密定轨影响变得尤为迫切和重要。为了验证参考框架更新对精密定轨的的影响,该文采用不同的参考框架进行全球定位系统(GPS)精密定轨,并将定轨结果与国际GNSS服务(IGS)分析中心的轨道产品进行对比。实验结果表明,对于GPS卫星,轨道与IGS精密轨道互差均值从32.83 mm变为29.1 mm,重叠弧段均值从29.5 mm变为26.9 mm,更新参考框架后GPS的定轨结果得到提高。相较于IGS08地球参考框架,IGS14地球参考框架在测站位置速度精度、站点震后形变效应的影响和周年半年误差信号等处理上,更加接近测站实际的运动变化过程,有助于提高精密定轨的精度。     

高速铁路轨道检测点的数据处理

轨道测量仪必须依靠轨道控制网(CPⅢ)进行测站定位和定向,并根据自身轨距、倾斜传感器修正轨道点坐标。50~70m间隔的相邻测站之间检测的轨道点须保证有10m左右的重叠,相邻2个测站测量的轨道点在重叠区的坐标值会有差异。为了探索更好的轨道点测量数据处理模型,本文提出中线桩修正、中线桩和轨距尺联合修正两种方法,并与现有的测站平差方法对比。通过标准轨道检验场实测检测,结果表明：通过中线桩和轨距尺联合修正的方法最优,修正后相邻测站重叠区轨道检测点的坐标高程较差中误差比测站平差的结果最大可减小69.46%,验后精度得到显著提高。     

GNSS技术在GEO、IGSO航天器中的导航精度与适用性分析

现阶段高轨道航天器导航主要依靠地基测控系统,为了研究全球卫星导航系统(GNSS)技术用于高轨道航天器导航的可行性,对GNSS技术在地球静止轨道(GEO)卫星、倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星航天器中的导航精度及适用性展开了分析研究. 采用2021年11月9日的两行轨道数据(TLE)仿真GNSS星座,以不同星下点的GEO卫星和不同倾角的IGSO卫星作为目标星展开导航仿真试验. 实验结果表明:为了满足GNSS解算所需的卫星数量,须通过接收旁瓣信号来增加可见卫星数目. 对GEO目标星而言,当接收机灵敏度高于?169 dB时,导航精度可达30 m;利用GPS对7个不同的GEO或IGSO轨道目标星进行导航实验表明,GPS对目标星导航的位置误差约为35 m;北斗三号(BDS-3)、GPS、GLONASS、Galileo的导航位置误差均值分别为28.03 m、21.16 m、37.15 m、25.09 m,具有良好的内符合精度,其中GPS精度最高,GLONASS精度最低,但大部分时段也在45 m内.      

高速铁路轨道平顺性与轨道控制网精度关系的探讨

分析了轨道短波平顺性与测量误差的关系,明确了CPⅢ点的误差、无碴轨道调整测量的误差对轨道平顺性的影响,对轨道调整阶段的CPⅢ控制网自由设站边角后方交会进行模拟试验,讨论并验证了相邻测站点相对误差是影响轨道调整精度和平顺性的直接因素。     

台站插值技术对检测固体地球变化的影响分析

搜集了全球约4 000个GNSS测站实测数据(站坐标和速度场信息),对固体地球体积及其变化率进行计算分析。采用板块运动模型插值方法对台站进行插值,使全球测站分布更加均匀。利用Delaunay数学模型计算固体地球体积及其变化率的结果发现:基于板块运动模型进行台站插值可以有效地提高计算结果的误差精度,不会对地球最终形态变化结论产生影响,台站数量及其分布均匀程度对计算最终结果影响较大。