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。     

BDS/GPS单历元短基线动对动定位性能分析

针对在城市峡谷环境下观测卫星较少、观测质量差和周跳频繁,导致动对动定位过程中双差模糊度不连续的问题,提出了一种GPS/BDS组合系统的单历元模糊度解算方法。通过GPS/BDS组合定位提高了卫星的可用数量,利用单历元模糊度固定减弱了周跳频繁带来的影响。实验采用GPS/BDS组合的7组数据,分析了在不同高度角下动对动定位单历元解的模糊度固定率、解算失败率、粗差率和定位精度。结果表明,GPS/BDS组合动对动定位单历元模糊度解算方法,在高遮挡的城市峡谷环境仍然可以取得较好的定位结果。     

不同高度截止角下BDS/GPS定位分析

研究了BDS/GPS联合RTK定位的理论和算法,主要包含了BDS/GPS组合系统在不同高度截止角下的可视卫星数与PDOP值的比较;BDS与GPS观测量精度的初步评估;双频联合RTK定位的模糊度解算和定位性能的分析等。得出如下结论:BDS/GPS组合系统的可视卫星数相对单系统明显增多,PDOP值减小,在大高度截止角下,其空间几何强度依然很高;随着高度截止角的增大,BDS与GPS受多路径影响明显减弱,其中GEO卫星受多路径影响最大;BDS观测量精度与GPS相当。BDS/GPS双频联合定位的定位精度相对于GPS或BDS虽没有明显提高,但在大高度截止角下,依然可以成功固定模糊度并实现高精度定位。这将显著改善GPS或BDS单系统双频RTK定位在受遮挡环境下的可用性和可靠性。     

基于部分固定策略的多系统长距离基准站间模糊度快速解算

基准站间整周模糊度的快速准确固定是实现网络RTK高精度快速定位的前提。对于GPS/GLONASS/BDS组合系统长基线,模糊度维数大幅度增加,加之观测噪声、大气残余误差等因素的影响,很难快速准确地固定所有模糊度,尤其是低高度角卫星模糊度。提出了一种基于部分固定策略的GPS/GLONASS/BDS组合网络长基线部分模糊度快速解算方法,以截止高度角、模糊度固定成功率以及Ratio值为主要参数,优选模糊度固定子集,以实现长距离基准站间模糊度快速固定。通过实测GPS/GLONASS/BDS三系统长基线数据的实验验证,部分模糊度固定方法可有效避免低高度角卫星对模糊度固定的影响,从而显著提高模糊度固定时的成功率及Ratio值,缩短长距离基准站间模糊度准确固定所需的时间。     

GPS/BDS/GALILEO多模单频单历元RTK定位算法

单一卫星系统单频RTK定位可靠性较低,难以满足实时定位需求。由于GPS,BDS及GALILEO均采用CDMA技术体制,GPS/BDS/GALILEO多模系统耦合度较高,可有效应用于RTK动态定位。采用实测数据进行GNSS单频单历元RTK计算,实验结果表明:多模GNSS系统其模糊度ADOP值较小,模糊度固定成功率较高更适用于RTK定位领域。截止高度角较高时多模系统优势更加明显。     

GPS/BDS组合姿态测量及精度分析

给出了GPS/BDS组合双差观测模型和姿态测量解算算法,采用Kalman滤波进行动态基线解算的参数估计,利用LAMBDA方法固定双系统模糊度,获得动态基线固定解,最后通过基线的坐标系转换获得姿态角。比较了单系统和GPS/BDS双系统静态姿态角与动态短基线解算结果。试验结果表明,GPS/BDS组合姿态测量的精度和可靠性较GPS单系统都有显著提高。     

BDS／GPS中长基线宽巷准厘米级RTK算法

针对常规实时动态（RTK）定位技术中长基线初始化时间较长、定位结果不稳定的问题,提出了一种基于部分模糊度固定策略的BDS/GPS宽巷卡尔曼滤波RTK定位方法,从充分发挥宽巷观测值波长较长和宽巷模糊度易于固定的优势,避免低高度角卫星对模糊度解算的影响,从而提高中长基线情况下的模糊度固定率. 同时采用附加宽巷模糊度参数的卡尔曼滤波方法计算浮点解,以固定高于设置模糊度解算截止高度角的卫星进行定位,并解算电离层活动较剧烈的25~76 km的中长基线. 通过3组试验,结果表明,BDS/GPS双系统联合定位宽巷模糊度固定率均接近100%,76 km基线模糊度固定率达到99.9%,定位精度达到厘米级或准厘米级.      

基于北斗三频约束的中长基线解算研究

利用北斗三频模糊度易固定的特点,提出一种具有北斗三频约束的BDS/GPS基础模糊度快速解算方法。针对中长基线,利用多历元平滑无电离层组合模糊度,从无电离层组合模糊度中分离出北斗基础模糊度;然后将北斗基础模糊度带入基线解算模型中,约束求解出GPS基础模糊度,最后将GPS与BDS基础模糊度回带观测方程,可实现基线的快速解算。经北斗实测数据验证表明,文中方法可快速固定GPS基础模糊度,较传统卡尔曼滤波求解模糊度方法,大大减少正确固定模糊度所需的原始观测历元数,实现基线的快速解算。     

BDS三频长基线RTK定位性能分析

实时动态定位(real-timekinematic, RTK)技术作为不可替代的精密定位技术之一,在很多领域发挥着重要作用。BDS多频信号的播发将提供多种三频RTK组合定位方式,因此本文进行了多种BDS三频组合长基线RTK解算实验,并与GPS和Galileo系统三频组合进行对比。实验结果表明,BDS卫星可用性优于另外2种系统。BDS B1I/B2b/B3I三频组合长基线RTK定位性能最优,优于GPS和Galileo,模糊度固定率在90%以上,模糊度固定初始时间在60 min以内,定位精度可以达到厘米级;其余3种BDS-3三频组合长基线RTK定位性能低于GPS和Galileo,或者与其相当。     

一种基于多频模糊度快速解算方法的BDS/GPS中长基线RTK定位模型

随着全球卫星导航系统（global navigation satellite system,GNSS）进入多系统时代,空中导航卫星的可见卫星数不断增加,中国北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）已开始面向用户提供三频导航信号,这都有利于改善单历元实时动态定位（real-time kinematic,RTK）的精度和可靠性。中长基线单历元RTK通常采用电离层无关组合算法,但是该方法将观测噪声进行了放大,模糊度固定成功率随着基线长度的增加而明显降低。提出一种BDS/GPS（global positioning system）中长基线单历元多频RTK定位算法,先以较高成功率快速固定BDS的两个超宽巷模糊度,继而通过简单变换得到BDS宽巷模糊度,然后将其辅助提高GPS宽巷模糊度固定成功率,最后采用将电离层延迟误差参数化的策略以提高BDS/GPS窄巷模糊度固定成功率。结合实测数据进行验证分析,结果表明本文算法是可行的。     

一种BDS/GPS宽巷模糊度固定方法

针对目前双频伪距与相位观测值线性组合法(MW法)固定BDS/GPS宽巷模糊度所需平滑历元个数多的问题,提出一种附有北斗超宽巷约束的BDS/GPS几何相关的宽巷模糊度固定方法。利用伪距载波组合确定出北斗(0,-1,1)超宽巷模糊度并回代到观测方程,将超宽巷观测方程作为约束条件与BDS/GPS宽巷观测方程联立,以共有的位置参数将上述观测信息融合单历元固定BDS/GPS宽巷模糊度。基于实测数据结果表明,相对于常规的MW法,采用本文提出的有几何BDS/GPS宽巷模糊度固定方法,能够提高BDS/GPS宽巷模糊度的解算精度和时效性,适合中短基线且电离层不活跃情况下BDS/GPS宽巷模糊度的解算。     

GPS/BDS/GLONASS双频RTK定位算法研究

针对GLONASS采用频分多址技术导致双差观测方程中双差模糊度失去整周特性的问题,提出了一种基于站间单差模糊度分别求解的方法,并结合附加模糊度参数的卡尔曼滤波模型,实现了GPS/BDS/GLONASS组合RTK定位。通过自编RTK程序对GPS、BDS与GLONASS双频实测短基线数据进行测试,并对比分析其他RTK模式下的稳定性与定位精度。结果表明,GLONASS单频和双频定位的模糊度固定率分别为99.8%、99.7%,其定位精度与BDS、GPS相差不大。在单频或双频RTK定位中,双系统、三系统组合定位的稳定性和定位精度明显高于单系统,其中三系统组合定位的稳定性最好,精度最高。随着频率增加,初始化时间明显减少,为实现单历元获得固定解提供了可能性。     

BDS/GPS短基线解算的随机模型研究

针对BDS轨道高度存在差异进而影响短基线解算结果的问题,该文利用两组实测数据,研究BDS和BDS/GPS组合系统的短基线解算精度及可靠性,并探讨4种随机模型的性能。结果表明,BDS和BDS/GPS组合系统短基线解算精度能够达到厘米级,且模糊度解算的可靠性更高;4种随机模型性能相当,随着基线长度增加,MINQUE模型的优势降低;不同类型卫星轨道高度差异较大,高度角模型不适宜BDS和BDS/GPS组合系统短基线解算。     

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/GPS组合单历元基线解算方法

阐述了BDS/GPS单历元解算函数模型的相关理论,并进行了相应的公式推导。在此基础上,利用基于正则化的载波相位解算模型,解算宽巷模糊度。首先将BDS卫星宽巷模糊度值作为约束固定出IGSO和MEO卫星的模糊度;然后再将IGSO和MEO卫星模糊度值作为约束来固定GEO卫星模糊度。通过实测数据对该方法进行测试和分析,结果表明:BDS/GPS组合系统单历元宽巷模糊度成功率为100%;基频模糊度成功率90%以上;N、E、U方向定位精度达到了毫米至厘米级。     

一种BDS超短基线解算实验分析

针对BDS三频精密定位问题,该文将LAMBDA算法应用于BDS三频数据模糊度解算中,基于LAMBDA算法对BDS实测超短基线数据进行处理,分别从BDS 3个频点单历元模糊度固定成功率和基线E、N、U方向增量结果分析了LAMBDA算法的有效性。结果表明,LAMBDA算法能实现BDS各频点单历元模糊度固定及基线解算,其中,B1频点单历元模糊度固定成功率相对于B2、B3频点略差,但仍有超过93.7%的历元其单历元模糊度固定成功率高于95%,且整个时段单历元模糊度固定成功率均值优于98.7%;B2、B3频点基线E、N、U方向增量结果基本一致,但与B1频点结果有一定的差异,可能是由于B1频点的频率和波长与B2、B3差异较大引起的。     

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。     

基于北斗三频的BDS/GPS宽巷模糊度逐级单历元固定方法

利用北斗三频超宽巷模糊度波长较长易于固定的优势,提出一种基于北斗三频的BDS/GPS宽巷模糊度逐级单历元固定方法。首先利用载波和伪距组合固定BDS(0,-1,1)和(1,4,-5)两个超宽巷模糊度,根据固定后的超宽巷模糊度变换得到BDS宽巷模糊度(1,-1,0),然后将BDS宽巷模糊度作为约束条件与GPS宽巷观测方程联立得到GPS宽巷模糊度浮点解和其方差协方差阵,最后采用LAMBDA算法实现GPS宽巷模糊度的固定。实验结果表明,BDS超宽巷组合可实现100%固定,采用BDS约束GPS宽巷模糊度固定时ratio值均大于2,大于5的占97.8%以上,因此文中提出的方法可实现BDS/GPS双系统宽巷模糊度单历元固定,有效提升GNSS模糊度解算的时效性。     

单差模糊度的BDS/GLONASS多频RTK算法

针对GLONASS的双差模糊度失去整周特性以及附加模糊度参数的卡尔曼滤波模型,该文提出了一种基于站间单差模糊度分别求解的方法和一种能够在实时动态定位中获得卡尔曼滤波参数的方法,从而实现了BDS/GLONASS双系统联合实时动态差分(RTK)定位。对在石家庄采集的BDS三频与GLONASS双频短基线数据进行了解算,并对比分析了其他定位模式的结果。实验表明,该方法能够正确固定GLONASS模糊度,其单频和双频的模糊度固定率分别为91.2%、99.6%。GLONASS的定位精度与BDS相当。BDS/GLONASS组合定位精度和稳定性相较于单系统也有所改善,其中BDS三频+GLONASS双频的定位精度最高,总体精度为2.22 cm。频率增加缩短了初始化时间,为实现单历元获得固定解提供了可能性。     

BDS/GPS/GLONASS组合单历元姿态测量性能对比分析

相比于单一卫星导航系统,多卫星导航系统组合具有显著增加可用卫星数目、改善卫星空间几何结构等优点,因而多卫星导航系统组合应用成为近年来关注的热点。在复杂观测条件下,利用BDS/GPS/GLONASS组合进行载体姿态测量具有单系统无法比拟的优势。首先阐述了BDS/GPS/GLONASS组合超短基线解算的双差模型以及姿态测量基本原理;然后分析了BDS/GPS/GLONASS组合多频单历元姿态测量性能。通过实测静态数据设置不同高度截止角进行分析表明:相比于单系统及双系统组合的姿态测量,BDS/GPS/GLONASS组合能够有效地提高姿态测量的精度、稳定性和可用性。当运动载体处于高楼、峡谷等受遮挡严重的复杂环境时,BDS/GPS/GLONASS组合单历元姿态测量更具有应用价值。