BDS/GNSS融合精密单点定位性能分析

随着北斗卫星导航系统(BDS)的全球组网成功,基于BDS的应用研究正在如火如荼的进行中,尤其是包括BDS在内的多频多模融合定位正成为研究的重点.利用MGEX(Multi-GNSS Experiment)多个测站的BDS、GPS、GLONASS、Galileo观测数据,基于RTKLIB开源代码,在Visual Studi...     

多系统卫星融合定位数据的稳定性和精度比较分析

论述GNSS多系统融合定位的数学模型、分析各项误差处理策略以及参数估计方法,基于日本东京海洋大学RTKLIB软件进行GPS、GLONASS、Galileo、BDS多系统融合定位试验,并分析其动/静态定位稳定性和精度。试验结果表明:GNSS多系统融合收敛时间与GPS单系统相比缩短30%~50%,定位精度与GPS单系统相比可以提高20%~50%。此外,在卫星高度截止角大于40°和不利观测环境条件下,单系统可见卫星数不足,从而导致无法进行连续定位,但多系统融合可视卫星可获得比较好的定位精度,在建筑物密集区、山区和卫星遮挡较为严重的恶劣条件下具有实际应用价值。     

GNSS观测值统一表达及组合PPP解算性能分析

针对GNSS多系统组合进行PPP定位的问题,推导了GNSS观测值统一表达式;进而给出了基于UofC模型的多系统组合PPP的函数模型和随机模型;最后采用6个IGS观测站24 h观测数据对7种组合模型的PPP进行解算,并从收敛率、收敛速度和定位精度等方面进行了统计分析。实验结果表明,当观测时长为60 min时,GPS/GLONASS/BDS组合PPP收敛性能最好,收敛率为91.7%,平均收敛时间为16.1 min;而BDS PPP收敛性能最差,收敛率仅为32.7%,平均收敛时间为38.4 min。可见,多系统组合有利于提高精密单点定位的解算性能。对于定位精度,在观测时长较短时(如0.5 h),GPS/GLONASS/BDS组合PPP整体上具有最优的定位精度,(N,E)方向偏差和标准差分别为(0.3,0.5)cm和(1.9,4.3)cm;短时间内对流层参数与垂直方向的强相关性,将致使U方向精度较差。     

多频多模接收机差分码偏差的精密估计与特性分析

全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）探测大气电离层需要精确处理由接收机差分码偏差（differential cade bias,DCB）引起的系统误差。准确掌握接收机DCB的多时间尺度精细变化等特性是联合美国GPS、中国北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）和欧盟Galileo等多GNSS技术监测电离层所面临的主要科学问题之一。为此,提出了基于零基线精密估计站间单差接收机DCB的方法,并对站间单差接收机DCB的日加权平均值进行了分析。基于4台多模接收机采集于2013年的双频观测值,揭示了站间单差接收机DCB的变化可能受3种因素的影响,即接收机内置软件的版本升级（实验中引起了约3 ns的显著增加）、拆卸个别接收机所导致的观测条件改变（实验中引起了约1.3 ns的显著减少）和估计方法的误差（引起了与导航系统卫星几何结构重复性相一致的周期性变化）等。     

BDS／Galileo系统观测数据质量分析

卫星导航系统观测数据质量的好坏直接影响到该系统全球化应用进程．本文重点分析评估了BDS／Galileo系统观测数据的质量,选用21个分布在全球各地MGEX观测站2019年年积日66-76日的观测数据,主要从数据可用率、数据完整率、多路径效应等方面对BDS／Galileo系统观测数据进行了质量评估,同时与GPS系统观测数据质量进行对比分析．实验结果表明:BDS／Galileo系统已具备全球定位能力,Galileo系统数据质量稍优于BDS／GPS,BDS和GPS基本上处于同一水平.      

多GNSS精密单点定位性能分析

在实现BDS/GPS/GLONASS组合精密单点定位的基础上,模拟多种遮挡环境;利用3个MGEX测站的数据进行三系统组合PPP试验;并在可见卫星数、PDOP值、定位精度、收敛时间和定位可用性等方面与GPS单系统PPP进行了比较分析。结果表明:在亚太地区,相比于GPS单系统PPP,三系统组合PPP可见卫星数增加了2~3倍,PDOP值显著减小。动态试验中,在无遮挡环境下,三系统组合PPP相较于GPS PPP收敛时间更短,且收敛后定位精度更高;在遮挡环境下,GPS PPP性能急剧下降,三系统组合PPP较好的保证了定位精度,提高了系统定位可用性。     

GPS/BDS/GLONASS多系统组合定位分析

可见卫星数是评价导航系统定位性能的一个重要指标,也是系统可用性的基本要求。均方根差(亦称中误差)是观测精度的数据标准。本文通过实验分析了不同环境下的多系统组合的可见星数以及中误差,进而研究了多系统组合在不同环境中的可用性及定位精度。实验结果表明:在相同环境下,系统组合的可用性大幅提高,精度高于单GPS系统的精度,其中GPS/BDS/GLONASS三系统组合测量精度最高,GPS/BDS组合精度次之,GPS/GLONASS组合精度略低于GPS/BDS组合。     

顾及系统间偏差的BDS/GPS单钟差定位法

在多系统定位中,因接收机硬件延迟难以与钟差分离,导致传统方法需要对每个系统考虑一个接收机钟差项,使得在遮挡环境下存在因卫星少参数多,导致定位结果不可靠的问题。针对这一不足,研究一种顾及系统间偏差的BDS/GPS双系统单钟差定位算法。在卫星数足够时利用传统方法估计系统间偏差参数,当卫星数过少时,将已获得的参数作为已知量,从而只估计一个钟差参数。采用Trimble NetR9与UBLOX M8T两种接收机数据对算法进行验证,以提高截止高度角的方式模拟遮挡环境。实验结果表明,相较于传统方法,当卫星数过少时,Trimble NetR9平面和高程分别提高118.8%(1.374 m)与41.3%(1.434 m),UBLOX M8T平面和高程分别提高9.5%(0.654 m)与242.9%(10.165 m),可更好地应用于导航领域。     

GPS／GLONASS／BDS多模融合伪距单点定位模型精度分析

GNSS伪距单点定位速度快且不存在整周模糊度问题,其原理简单易于编程实现,所以在进行GNSS数据处理时,经常用到该方法。本文以GPS、GLONASS、BDS多模融合为例,简单介绍多模融合存在的坐标统一、时间基准统一问题,再详细介绍多模融合伪距单点定位原理以及解算模型,基于Visual Studio2010平台,编写GPS、GLONASS、BDS多模融合的伪距单点定位及单点测速程序。结合相关算例,对该程序多系统伪距单点定位的精度以及单点测速精度进行分析。      

GPS／GLONASS／BDS／Galileo系统载波相位观测值质量对比分析

目前,全球卫星导航系统(GNSS)已进入以GPS、GLONASS、BDS、Galileo四系统为代表的多系统并存的时代,多系统多频率观测值的综合应用极大地提升了GNSS的服务能力. GNSS自身的数据质量是取得高精度结果的先决条件之一,也是多系统精密定位随机模型构建的关键. 为避免码分多址和频分多址机制不同的影响,本文采用几何无关和M-W组合方法,基于科廷大学实测零基线数据对四系统的载波相位单差残差序列对比分析,并利用高度角随机模型中的正弦模型和指数模型对载波相位观测值精度随高度角变化建模,获得适用于不同系统不同频率观测值的随机模型. 实验分析表明,单差残差序列随高度角变化情况在不同系统不同频率表现出不同特性;Galileo系统L1、L2观测值精度相当,均在0.9 mm左右,其他系统则表现出L2精度比L1精度更差的性质. 高度角加权模型拟合结果表明,正弦模型和指数模型对GPS和Galileo系统的L1、L2精度序列拟合一致性较好,而BDS系统使用正弦模型拟合效果略差,GLONASS系统则不适合采用正弦模型评估L2观测值精度.      

BDS/Galileo对多系统精密单点定位贡献分析

使用10个MGEX测站的数据对4种解算模式GPS、GPS/BDS、GPS/Galileo及GPS/BDS/Galileo在定位可用性、定位精度和定位稳定性及收敛时间3个方面的PPP性能进行了对比分析。实验结果表明:GPS/BDS和GPS/Galileo双系统组合PPP在各方面的性能相当。相比GPS单系统PPP,双系统PPP能增加可用卫星数,改善卫星空间几何构型,定位精度提升20%～35%,定位稳定性提高25%～40%,收敛时间缩短35%～45%。BDS在较高截止高度角下的可用性、天向定位精度、水平方向定位稳定性、天向收敛速度方面的贡献略优于Galileo。GPS/BDS/Galileo三系统组合的PPP性能进一步提升。     

精密单点定位的可靠性研究

从传统最小二乘的可靠性理论出发,推导了卡尔曼滤波观测方程和预计状态向量的可靠性理论,并与传统多余观测分量的可靠性进行比较。结果表明,两种方案的观测方程的内部可靠性不仅与观测值的精度有关,还与卫星几何结构和卫星高度角有关。卡尔曼滤波的预计状态向量的内部可靠性比观测方程的内部可靠性更易受卫星几何结构的影响。虽然两种方案的外部可靠性在收敛之后都在mm级,但伪距的收敛速度要快于载波相位。     

多系统非差非组合精密单点定位电离层延迟约束权阵的确定

非差非组合精密单点定位需要估计电离层延迟参数,采用电离层先验改正模型约束可以辅助电离层参数解算。针对先验电离层改正量与实际观测量之间权比关系难以确定的问题,本文提出一种电离层约束权因子搜索算法,采用权因子对先验电离层改正量的方差进行调整,根据验后残差加权平方和最小原则通过搜索找出较优的权因子,利用验后残差动态调整先验电离层改正量的方差从而达到改善定位结果的目的。采用8个MGEX跟踪站的GPS/BDS观测数据对该算法进行验证。静态结果表明：对比传统约束方法,采用搜索算法后平均三维定位精度由3.96 cm提高到3.40 cm,平均收敛时间由76.3 min缩短为59.9 min。     

卫星钟系统偏差对精密单点定位精度的影响

从理论上证明了当卫星钟系统性偏差小于2.5×10-7s时,系统性偏差在单点定位过程中完全被接收机钟差参数吸收,其对精密单点定位解算造成的影响可以忽略。即相对卫星钟差和绝对卫星钟差对于单点定位结果而言是等价的。结合实测数据,分析比对了不同卫星钟系统性偏差对精密单点定位精度的影响,得到了与理论证明相一致的结论。     

全球定位系统 (GPS) 技术的最新进展 第四讲 精密单点定位(上)

介绍了精密单点定位产生的背景，静态精密单点定位的观测方程，方程中各参数的处理方法，需考虑的各种改正和数据处理方法，此外还介绍了动态静密单点定位方法的特点及其应用。     

BDS/GPS融合定位中系统偏差补偿模型及其性能分析

多系统的融合定位可有效提高用户导航定位的连续性、可靠性及定位精度。针对BDS、GPS观测量间存在系统间偏差的实际情况,建立了顾及系统误差的BDS/GPS融合定位模型,即在函数模型中增加附加参数来吸收系统间偏差,构造了新的顾及先验信息的融合定位模型,分析了这种新融合模型的特点及其对定位结果的影响。利用不同品牌接收机在中国不同地域对新的融合模型进行试验,试验结果表明:BDS、GPS观测量存在系统间偏差,且不同接收机的系统间偏差量值并不一样;增加系统参数的融合定位模型能较好地吸收BDS、GPS观测量的系统间偏差的影响,改善其融合导航定位性能;在观测卫星数不足、单系统不能定位的情况下,考虑先验信息的融合定位模型仍能获得较好的定位结果。     

在线精密单点定位性能分析

对在线精密单点定位技术进行测试,分析了它的动态、静态定位精度和收敛速度,以及多系统卫星观测对这两者的影响。结果表明,在线PPP静态定位单天解的精度在水平方向可达mm级,高程方向可达mm~cm级,可在10~20 min内收敛;静态数据模拟动态解算的精度水平方向为2~3 cm,高程方向为4~5 cm,而实际动态数据的解算精度略低于此精度。GPS/GLONASS组合系统能加快定位收敛速度,尤其在GPS系统观测条件较差的情况下,能够同时显著提高收敛速度和定位精度。     

BDS精密单点定位残差分析

对北斗精密单点定位的观测残差进行了系统全面的分析;通过对一站多天、多站一天解的观测残差、天线相位中心偏差对观测残差的影响以及观测残差历元间的关系进行实验分析。结果表明,北斗GEO卫星的伪距和相位的无电离层组合观测残差存在着系统偏差,这一系统偏差与测站的观测环境无关;伪距的无电离层组合观测残差的系统偏差具有常数特性;相位的无电离层组合观测残差的系统偏差与天线相位中心偏差有关。