GNSS精密卫星钟差估算与分析

为估算与分析GNSS卫星钟差的精度,利用中国测绘科学研究院国际GNSS监测评估系统分析中心研发的软件,采用全球均匀分布的50个IGS跟踪站和8个我国自建的IGMAS测站的观测数据,对GNSS包含的四大导航系统事后精密卫星钟差进行了估计。计算结果分别与国际上的分析中心结果进行了比对,得出GPS卫星钟差与IGS结果互差在0.2ns,GALILEO卫星钟差精度与GPS相当,在亚纳秒量级,GLONASS卫星钟差精度相对较低,在4ns以内,BDS各轨道类型上卫星之间钟差存在较大的系统性偏差,选择多星基准消除偏差之后,估算的北斗卫星钟差精度在1ns以内。试验结果表明,目前我国分析中心估算的卫星钟差总体上与国际IGS各分析中心估计的卫星钟差精度相当。     

多模GNSS精密卫星钟差估计与分析

对基于历元间差分相位和非差伪距观测值的混合差分卫星钟差估计方法进行了改进,实现了多模全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）卫星钟差联合快速估计。选择了全球分布的50个跟踪站进行实验,对卫星钟差精度进行了分析和精密单点定位（Precise Point Positioning,PPP）验证。结果表明:多模卫星钟差与武汉大学提供的最终精密卫星钟差互差优于0.2 ns,精密单点定位结果与武汉大学发布的最终精密卫星轨道和钟差产品的定位精度相当。     

北斗导航系统卫星频间钟差偏差

卫星频间钟差偏差（Inter-Frequency Clock Bias, IFCB）变化特性的分析对其模型化、卫星钟稳定性的评估具有重要的意义。采用北斗(COMPASS) 2012年1月的三频数据,解算了GEO卫星的IFCB并分析了其时序特性。为了削弱粗差对解算结果的影响,采用了抗差估计算法。针对GEO卫星IFCB的特性,提出了GEO卫星IFCB的经验模型。结果表明,二次曲线函数能较好的描述GEO卫星的IFCB,并达到71%以上的改正效果。     

顾及卫星姿态的多系统精密钟差产品综合

国际GNSS服务(IGS)提供的GPS综合产品被广泛应用于各种高精度科学研究中. 随着各国卫星导航系统的发展,亟需研究针对多系统全球卫星导航系统(GNSS)产品的综合策略. 由于卫星姿态与钟差相互耦合,综合钟差时额外考虑姿态改正将进一步提高综合产品精度,因此研究了一种顾及卫星姿态的GNSS钟差综合策略,改正姿态后GPS综合残差最大可减小80%. 对142个IGS测站进行精密单点定位(PPP)解算发现,综合产品比单个分析中心产品更加稳定,东(E)、北(N)、高(U)方向的动态定位精度最大可提升22.7%、16.7%和18.3%. 相对于未顾及姿态改正的综合产品,顾及姿态改正的综合产品的动态定位精度最大可提升65.3%.      

基于GNSS网络的卫星精密钟差估计及结果分析

采用历元间、星间差分技术,估计了基于参考历元的相对钟差。以不同局域GNSS网络、不同观测间隔连续三天的观测数据进行了参数估计,研究了不同区域、采样间隔对估计结果精度的影响。与IGS最终精密钟差相比,估计得到的相对钟差的历元间差优于0.2 ns,基于参考历元的相对钟差的精度优于0.9 ns。不同区域的估计结果精度大致相当;采样间隔对估计结果的影响很小。     

GNSS多频融合精密单点定位频率间卫星钟偏差研究

全球导航卫星系统(GNSS)提供多频信号,多频融合已经成为一种趋势。在精密钟差估计(PCE)的过程中,卫星钟差参数会吸收卫星端稳定的伪距偏差和时变的相位偏差,这些偏差均与频率相关。因而使用不同的观测值进行PCE时,得到的卫星钟差估值是不同的,它们之间的差值被定义为频率间卫星钟偏差(IFCB)。按组成成分,IFCB可以分成伪距相关的IFCB(CIFCB)和相位相关的IFCB(PIFCB)两部分。国际GNSS服务(IGS)提供的精密卫星钟差产品是基于双频消电离层(IF)组合观测值生成的。由于IFCB的存在,导致IGS卫星钟差产品不能直接应用于多频精密单点定位(PPP)。IFCB的精确考虑已经成为多频PPP的一个关键问题。本研究旨在对IFCB特性和估计方法开展系统深入的研究,并评估其对多频PPP解的影响。     

GNSS频间钟偏差时变特征分析及非组合PPP应用

针对卫星频间钟偏差(IFCB)导致传统精密钟差产品无法直接用于多频精密单点定位的问题,该文在顾及不同频率线性组合观测值噪声放大特性的基础上,推导并提出了包括BDS-3 B1C和B2a频点的多系统IFCB数据处理方法和附加IFCB改正的多频非组合PPP平差模型,研究了不同系统IFCB时变特性及其对三频非组合PPP定位影响。实验结果表明:Galileo和BDS-3系统IFCB振幅变化量级较小,平均分别约为0.4 cm和1.0 cm,GPS和BDS-2系统IFCB振幅变化量级较大,分别达20 cm和4 cm,必须加以考虑;相对于无IFCB改正,单GPS和单BDS-2静态和动态PPP解在水平和高程方向定位精度可显著提高,且PPP定位性能改善主要体现在收敛阶段。有效解决了多GNSS系统精密定位过程中多频观测数据有效融合的问题。     

基于GT的钟差预测模型辅助GPS定位算法研究

为了解决在强干扰环境下由于GPS卫星信号被遮挡而无法定位的问题,从灰色理论(GT)的角度探讨了接收机的钟差序列,提出一种利用灰色理论的钟差预测模型辅助GPS定位的方法。对预测模型的基本思想和具体实现步骤作了详细的介绍,并且将钟差预测值引入到GPS接收机中,实现信号遮挡情况下GPS接收机的定位解算。通过对实测数据的验证分析表明,该钟差预测模型对钟差序列有很好的预测效果,能够在仅有3颗可观测卫星的情况下实现接收机的定位解算。     

GNSS时差及其在多系统组合定位中的应用

随着卫星导航系统的发展及不断升级,越来越多的GNSS测站开始配备多模GNSS接收机。一方面,多模接收机的应用能够跟踪更多的GNSS卫星,从而改善观测几何条件,提高定位精度和可靠性;另一方面,不同GNSS导航系统采用不同的系统时间定义,存在着系统时差,从而多模GNSS接收机对于不同导航系统卫星的观测值存在着相应的偏差。为实现GNSS系统的兼容与互操作,各个GNSS导航系统目前都提出了系统时差监测的要求。基于此,研究GNSS系统时差的监测及其在多模定位中的应用。首先介绍目前导航系统时差监测的几种方法;然后分析GPS／GLONASS系统时差以及相对硬件延迟的特性;最后将GPS／GLONASS系统时差     

利用接收机钟差实时滤波提高GNSS精度

建立接收机钟差的高斯马尔可夫模型,通过自相关函数估计接收机钟差的时间常数,利用Allan方差确定模型谱密度参数,将滤波后的接收机钟差返回补偿至GNSS观测方程,重新进行导航解算。实验结果表明,对接收机钟差进行滤波,可有效提高钟差估计精度,提高GNSS的精度。     

北斗系统及GNSS多星座组合导航性能研究

针对北斗、GPS、GLONASS和GALILEO等单星座系统定位中存在的定位精度不足、可见星不多、定位可靠性不强等问题,研究了一种利用北斗、GPS、GLONASS和GALI—LEO多星座信息在统一坐标系中采用最小二乘法进行组合导航定位的方法。仿真结果表明：北斗与GPS双系统的定位精度优于单纯的北斗系统精度,而采用北斗／GPS／GLONASS／GALILEO多星座组合导航定位能够有效提高用户的定位精度和可靠性,研究成果对北斗系统的精度验证和多星座接收机的实现具有参考意义。     

利用高精度PPS测量进行GPS-GLONASS时差监测

首先对三类不同卫星导航系统时间基准偏差监测途径进行简要介绍,并首次把高精度PPS(pulse per second)测量这种方法成功应用到GPS-GLONASS时差监测中。针对PPS测量方案作了较为详尽的论述和说明,包括硬件配置、数据采集和后处理等内容,在试验中利用两台GPS和GLONASS双模接收机分别输出1PPS的GPS和GLONASS秒脉冲信号,使用斯坦福大学的SR620精密时间间隔计数器进行PPS精密测量,从而得到GPS和GLONASS的系统时间偏差测量值,并通过带有汉宁窗的FIR滤波器得到GPS和GLONASS的系统时间偏差估计结果,其平均值为317. 1 ns,标准差为5. 01 ns.     

三频GNSS精密定位理论与方法研究

<正>我国北斗系统的成功运行使三频GNSS定位技术得以真正使用。研究和拓展三频GNSS定位技术有利于进一步提高GNSS定位精度和效率。随着北斗系统的运行,可用导航卫星资源进一步增多,研究多GNSS组合定位算法,有利于进一步扩大GNSS应用范围。基于以上分析,本文主要针对三频GNSS精密定位理论与算法进行了深入研究,论文的主要成果和创新点如下:     

发射信号不完善性对卫星导航系统内及系统间干扰的影响分析

研究了3种典型的卫星发射信号不完善性——载波泄漏、互调失真和杂散辐射对于卫星导航信号的接收所带来的干扰,通过信号建模以及谱分离系数、码跟踪谱灵敏度系数和等效载噪比的解析计算对干扰效果进行量化分析;针对GPS和Galileo系统L1/E1频段的信号进行了多层次的仿真计算,给出了综合考虑噪声、信号损耗、外源干扰、GNSS系统内和系统间干扰,以及3种信号不完善性单独作用、两两组合和综合作用下的结果,其中对于GPS L1C/A短码考虑了电文调制对线谱的影响。结果表明,当总的不完善干扰功率水平达到一定程度后,其对接收机信号捕获跟踪和解调的影响大于系统间干扰,不能忽略。     

基于GAMP软件的GNSS精密单点定位研究

研究利用开源的GNSS数据处理软件GAMP进行精密单点定位解算,阐述了GAMP软件在精密单点定位中使用的数据预处理方法以及电离层、对流层、频间偏差等误差项的改正方法,设计了精密单点定位的解算策略并配置了相关的软件关键参数,对IGS跟踪站jfng站的实测数据进行了解算。结果表明,利用GAMP软件,利用适当的解算策略处理静态数据,约10 min可收敛至亚米级,3 h左右可收敛至厘米级,经过全天的解算其最终精度可达近毫米级。     

GNSS多星座导航定位算法研究与实现

针对不同导航系统坐标时间系统的不一致,详细论述了多星座导航定位坐标时间系统的统一方法和定位的数学模型。通过MATLAB语言实现相关算法,并对实测数据进行分析研究,结果表明:多星座导航定位相比于单一系统导航定位而言具有更好的几何图形强度,能够提高定位精度,并显著增强定位解算的完好性与可靠性。     

GNSS连续站阶跃修复及其对数据处理的影响

近年来,由于仪器更换和强震影响,一些长期稳定的GNSS连续站出现了阶跃,严重地影响了参考框架的稳定性和解算精度,理论上这些测站不能再选为参考框架点。针对GNSS连续站阶跃修复及其对数据处理的影响进行了分析,结果表明：1）如果选用未修复阶跃的测站为框架点,将会扭曲解算结果;2）QOCA能够较为便捷地修复测站阶跃;3）修复测站阶跃能够保证参考框架点的稳定性,并能一定程度提高解算精度。     

电离层闪烁对全球导航卫星系统(GNSS)的定位影响分析

电离层闪烁是影响卫星导航系统定位性能的重要因素之一,中国南方区域是全球电离层闪烁多发区之一,开展电离层闪烁对卫星导航系统性能的影响研究具有重要意义。利用中国区域的电离层闪烁数据和GPS测量数据,对电离层闪烁情况下的用户定位性能进行了比较分析,发现电离层闪烁将引起用户定位误差的普遍增大,严重时可能出现定位异常,电离层闪烁对不同的定位应用方式具有不同程度的影响,电离层闪烁对卫星导航系统的多种影响是卫星导航系统的重要威胁之一。     

多星座组合精密动态定位的抗差扩展Kalman滤波方法研究

扩展Kalman(EKF)滤波算法可有效地进行多卫星系统数据融合处理,但该方法对观测数据的质量要求较高,当观测出现异常时,传统的扩展Kalman方法容易导致滤波失真。为此,利用实测数据,通过虚拟掩模遮挡卫星模拟复杂的GNSS观测环境,研究了基于IGGIII的抗差EKF算法,确定了分位参数的合理经验值,并对其在GPS/GLONASS/BDS组合精密动态定位中的应用进行了分析。结果表明,在遮挡严重的复杂观测环境中,抗差EKF算法可有效地提高组合定位系统的模糊度的固定成功率和定位精度。