Android移动终端单频BDS/GPS实时PPP技术研究

针对Android移动终端定位精度较差的问题,该文对Android框架结构进行了研究,提出了基于Android移动终端实时BDS/GPS双系统精密单点定位(PPP)方法。利用Android studio 2.2.2、Java语言及JNI技术,对终端GNSS驱动进行开发,成功通过串口读取北斗移动终端RTCM MSM4原始卫星观测数据,并在硬件抽象层进行网络实时差分数据解析、文件读取和输出,最终实现增强定位。在移动终端上运行BDS/GPS实时PPP软件,分析定位结果显示双系统单频精密单点定位精度N、E方向0.6m左右,U方向1.5m左右。     

BDS+GPS手持机支持下的网格伪距差分定位

我国各省CORS站建设逐步完善,以及我国BDS卫星导航系统在亚太区域提供服务,促进了BDS+GPS双模融合伪距差分定位的研究和发展。目前,在PC机上伪距差分定位早已实现,且算法也已经比较成熟,但在移动终端上进行BDS+GPS双模融合伪距差分定位向用户提供服务方面还比较薄弱,针对这一问题,本文提出了将网格伪距差分定位算法嵌入到手持机,并且实现了手持机实时网格伪距差分定位。本文阐述了方法原理并进行了车载试验分析,结果表明,在与TBC软件动态解算结果作为已知准确值的外符合精度方面,手持机BDS+GPS双模融合网格伪距差分定位结果的水平精度为0.522 1 m,在水平方向上可以达到亚米级定位精度。     

基于CORS增强的Android终端地理信息采集系统原型

研究了CORS增强的卫星定位技术及其在地理信息采集中的应用,设计了基于CORS的Android移动终端定位方案,实现了Android移动终端的GPS通讯模块、CORS系统数据通讯模块、伪距差分定位模块,建立了利用CORS系统获得RTCM改正信息的亚m级精度Android移动终端地理信息采集系统原型,并通过实例验证了其可行性。     

SZBDCORS实时定位精度研究

深圳北斗地基增强系统(SZBDCORS)是兼容北斗卫星导航系统、GPS和GLONASS卫星导航系统的多模的连续运行卫星定位服务系统。掌握不同卫星系统组合的网络RTK实时定位精度,对提高SZBDCORS定位性能具有重要作用。本文对GPS/GLONASS、GPS/BDS、BDS、GPS四种不同差分信号的定位精度进行研究分析。     

北斗CORS实时动态差分定位精度实验分析

目前,兼容北斗导航卫星系统(BDS)的中山市连续卫星定位服务系统(ZSCORS)已经建成,分析ZSCORS环境下的BDS、GPS、BDS/GPS的实时动态差分定位精度很有必要。本文选择12个C级GPS控制点进行精度测试,分别采集BDS、GPS及BDS/GPS组合信号观测值,并进行统计分析,在ZSCORS实时动态差分定位环境下,BDS精度与GPS相当,BDS/GPS组合精度和效率明显高于BDS、GPS。     

BDS/GPS网络差分定位试验分析

针对在传统网络差分定位中,单GPS系统在观测条件不好情况下会出现可用卫星数量偏少甚至不够、观测值存在粗差而影响定位等问题,该文提出BDS/GPS双系统组合网络伪距差分定位的数学模型,并加入基于最小二乘残差法探测粗差观测数据的质量控制算法。基于省CORS网实时BDS/GPS双系统数据,以国产的手持机终端作为流动端,利用BDS/GPS伪距差分平台进行了车载动态试验,根据试验对比和分析,动态定位平面精度优于1m,在加入质量控制算法模式下,定位精度和可靠性都有一定提高。     

全球区域BDS、GPS、BDS+GPS静动态PPP定位精度评估分析

利用全球区域的7个IGS站的观测数据以及GPS和BDS的精密轨道和钟差产品,分析了BDS、GPS和BDS+GPS组合的卫星数量、几何空间分布以及静动态PPP精度。实验结果表明,GPS在全球7个测站的卫星数在10颗左右,卫星分布较均匀;BDS在Alic(大洋洲)、Iisc(亚洲)、Zamb(非洲)的卫星数明显多于GPS,其余测站卫星数量相当。数据表明,GPS+BDS卫星数量和卫星几何空间分布状态明显优于单系统。在静态PPP中,BDS在Maw1(南极洲)和Unsa(南美洲)精度略低于GPS,其余测站精度相当;GPS+BDS在7个测站U、N、E方向基本在1 cm左右,相对BDS、GPS单系统定位精度有一定提升。在动态PPP中,BDS在Nlib(北美洲)、Unsa的定位精度低于GPS,其余测站定位精度则要优于GPS,但BDS和GPS单系统在全球区域定位性能都不够稳定。GPS+BDS在7个测站U、N、E方向定位精度分别优于0.06 m、0.03 m、0.03 m,在动态PPP中相对于BDS和GPS 7个测站的精度均有提升,说明了GPS+BDS组合可以提高PPP精度并且可以极大改善定位的可靠性。     

Android智能手机GNSS定位性能分析

随着全球卫星导航系统(GNSS)的发展和移动通信技术的进步,用户对位置服务(LBS)提出了更高的要求. 本文采用市面上常见的两部Android智能手机采集GNSS数据,对Android智能手机伪距单点定位(SPP)和单频精密单点定位(PPP)算法进行研究,分析了在不同条件下智能手机的SPP、单频PPP定位性能. 结果表明:在使用多普勒平滑伪距和信噪比随机模型的基础上,Android智能手机GPS单系统的SPP定位精度可达3 m,GPS、Galileo、GLONASS、北斗卫星导航系统(BDS)四系统定位精度可达亚米级. 在单频PPP静态定位中,在GPS单系统下,定位精度仅能达到米级,且收敛时间较长;在GPS、Galileo、GLONASS、BDS四系统下,定位精度可达亚米级,且平面方向可在40 min内收敛. 在单频PPP动态定位中,手机的定位精度仅能达到米级.      

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实时钟差估计中ISB分析与函数模型设计

实时钟差产品是高精度广域差分位置服务（亚米级、分米级、厘米级）的基础产品,通过研究BDS/GPS融合的ISB,研究了各类型接收机BDS GEO/IGSO/MEO ISB差异,提出了在BDS/GPS联合的实时钟差估计中引入3个ISB参数的函数模型,在此基础上基于非差法实现了BDS/GPS联合的实时钟差估计。采用MGEX和湖南CORS实时观测数据进行了实时钟差解算,利用iGMAS产品综合中心提供的事后精密钟差产品作为基准,对比分析了新方法与原有方法的实时钟差产品的精度差异。结果表明,该方法与原方法估计的GPS钟差精度相当,对BDS实时钟差精度改进显著,尤其对BDS IGSO/MEO卫星,改进幅度在20%以上,验证了算法的有效性。     

SBAS orbit and satellite clock corrections for precise point positioning

The quality of real-time GPS positions based on the method of precise point positioning (PPP) heavily depends on the availability and accuracy of GPS satellite orbits and satellite clock corrections. Satellite-based augmentation systems (SBAS) provide such corrections but they are actually intended to be used for wide area differential GPS with positioning results on the 1-m accuracy level. Nevertheless, carrier phase-based PPP is able to achieve much more accurate results with the same correction values. We applied SBAS corrections for dual-frequency PPP and compared the results with PPP obtained using other real-time correction data streams, for example, the GPS broadcast message and precise corrections from the French Centre National d’Etudes Spatiales and the German Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt. Among the three existing SBAS, the best results were achieved for the North American wide area augmentation system (WAAS): horizontal and vertical position accuracies were considerably smaller than 10 cm for static 24-h observation data sets and smaller than 30 cm for epoch-by-epoch solutions with 2 h of continuous observations. The European geostationary navigation overlay service and the Japanese multi-functional satellite augmentation system yield positioning results with biases of several tens of centimeters and variations larger by factors of 2–4 as compared to WAAS.     

北斗广域实时精密定位服务系统研究与评估分析

采用IGS、MGEX、北斗地基增强网的实时观测数据,研制北斗广域精密定位服务系统,实时生成北斗高精度轨道、钟差、电离层产品,提供厘米级北斗双频PPP、分米级单频PPP、米级单频伪距定位服务。对实时产品评估分析的结果表明:北斗卫星实时轨道与钟差产品URE统计精度约为2.0cm,实时电离层精度优于4.0TECU。采用全国分布的实时测站动态定位精度(95%置信度)评估分析表明:北斗双频PPP精度存在明显的区域特征,高纬度以及西部边缘地区的定位精度平面约0.2m,高程约0.3m;中部地区定位精度平面优于0.1m,高程优于0.2m,接近GPS实时PPP精度水平;北斗与GPS融合可以提高单北斗、单GPS的定位性能,尤其是显著加快了PPP收敛时间,收敛时间缩短到20min内。另外,除边缘地区外,北斗单频PPP实现平面0.5m,高程1.0m;北斗单频伪距单点定位实现平面2.0m,高程3.0m。     

单频北斗手持终端PPP定位与精度分析

传统的无电离层组合精密单点定位技术(PPP)只适用于双频观测值,无法充分利用多频观测值的观测信息,限制了PPP技术的发展。对于GPS、GLONASS的PPP静态、动态事后解算研究已比较成熟,但实时北斗PPP还处于研究阶段。鉴于此,对单频北斗实时PPP进行了研究;基于BDS系统,建立了单频北斗PPP模型;利用定制手机进行了测试实验,以验证模型的正确性,并分析了单频北斗手持终端实时PPP的定位精度。     

北斗广域差分分区综合改正数定位性能分析

目前北斗广域分米级星基增强系统在钟差改正数、轨道改正数的基础上,提出了基于相位观测值的分区综合改正数,介绍了分区综合改正数的概念及单频、双频用户的使用方法与定位模型。利用中国范围不同地区的北斗观测数据和对应的分区综合改正信息,统计了单频和双频用户分区综合改正精密单点定位的精度,并对其收敛性进行了分析。通过与使用GFZ提供的北斗超快速精密星历的定位效果比较,验证了分区综合改正定位在实时定位中的优势。在此基础上进一步对中国范围内分区综合改正定位效果与分区中心距离的关系进行了分析,并对不同观测时间长度的定位效果进行比较。结果表明,经分区综合改正后的双频用户平均25 min内动态定位三维误差能收敛至0.5 m以内,收敛后的定位精度为水平0.15 m,高程0.2 m;单频用户平均20 min内动态定位三维误差能收敛至0.8 m以内,收敛后的定位精度为水平0.3 m,高程0.5 m。随着用户站距离分区中心越远,定位效果总体呈现变差的趋势。总体上,当用户在分区中心1 000 km范围内时,北斗广域分区综合改正数将能提供实时分米级定位服务。     

北斗多模组合RTK实时定位性能比较与分析

针对省级北斗地基增强系统在推进建设中系统评估方法存在的欠缺,提出了北斗多模组合定位测试方法。通过重点分析6种组合定位模式下的RTK实时定位关键性能表现,对定位初始化时间、固定成功率、连续性定位精度和实时定位精度等关键指标进行了定量对比分析。结果表明,广东省北斗地基增强系统可为广东省范围内提供符合精度要求的实时定位服务,在基准站平均间距35km以内,采用GPS+BDS组合信号RTK实时定位效果较好,能够提升其初始化时间和固定成功率。     

北斗PPK技术辅助无人机航空摄影测量精度分析

由于受网络信号和基线长度限制,在南北极、远岸岛礁等地区,常用的GPS RTK技术无法应用于无人机航空摄影测量,且GPS并非我国自主的卫星导航系统,无法确保永久安全可靠。为此,本文探索利用我国自主建设的北斗三号全球卫星导航系统（BDS-3）,通过动态后处理（PPK）技术辅助无人机摄影测量,以解决上述问题。以大疆精灵4 RTK无人机为例,分别利用BDS-3、GPS及BDS-3+GPS组合观测值,对无人机POS数据进行PPK处理,分析在无地面控制点条件下,不同导航卫星星源对无人机航空摄影测量平面和高程精度的影响。结果表明：利用BDS、GPS、BDS+GPS组合对无人机单点定位POS数据进行PPK处理后,空三加密点平面定位精度由分米级提升至厘米级,高程精度由米级提升至分米级甚至厘米级,与引入5个地面控制点的定位精度相当。北斗PPK技术辅助无人机航空摄影测量满足平原地区1：500比例尺空中三角测量加密精度要求。     

基于单个GPS/BDS信标台增强的实时精密单点定位

随着IGS实时服务的推广,实时轨道、钟差产品可用于实时PPP;然而,在一些通讯条件差的地方,如偏远山区和广袤的海洋,差分信号的播发与接收仍然是实时PPP的障碍。文中提出一种基于单个GPS/BDS信标台的实时PPP定位方法:基站采用广播星历和无电离层伪距、相位观测值,实时估计耦合轨道、钟误差;单向通讯的方式播发给用户端,减小通讯量,提高用户端的定位性能。经过分别距参考站约200km和300km的流动站进行验证,通过约10~12min收敛,GPS/BDS组合可得到水平优于20cm的定位精度。本案验证了采用广播星历进行实时PPP的可行性,为海洋和偏远地区提供一种高精度定位方法。