基于小波分析提取单频GNSS伪距多路径误差及其对定位的影响

伪距多路径误差是影响GNSS导航定位精度的主要误差源之一。多路径误差与接收机周围环境有关,在实际应用中难以建立有效的多路径误差模型进行改正。对于多频GNSS接收机可以通过多频观测值组合估计伪距多路径,但该方法不适用于价格低廉的单频接收机,而导航中使用的大多数为单频接收机。因此,开展单频GNSS伪距多路径误差提取研究具有重要的工程应用价值。本文基于小波分析对单频GNSS接收机伪距多路径误差估计开展研究,首先验证了小波分析用于单频GNSS伪距多路径误差估计的可行性;其次,研究了采用不同的小波基和分解层次对多路径误差估计的影响;最后,研究了改正多路径误差对GNSS定位的影响。实验结果表明不同的小波基和分解层次对多路径误差提取效果没有明显的差别,但小波分解层次较低时定位误差分布相对更加集中,同时,经过多路径误差改正后在NEU3个方向RMS平均改善率达到20.4%、25.1%、16.4%。     

北斗卫星伪距多路径系统偏差的修正方法及其对单频PPP的影响分析

北斗伪距观测值存在特有的多路径系统性偏差,偏差的数量级达到几个分米到米。该系统偏差可分为两类:一类是IGSO/MEO卫星随高度角变化的伪距系统性偏差;另一类是GEO卫星(高度角仅微小变化)明显的伪距系统性偏差。系统性的伪距偏差导致GEO卫星MP序列的标准偏差较大,本文针对GEO卫星伪距偏差问题提出了一种基于卡尔曼滤波的修正方法,修正后的GEO卫星MP序列的标准偏差下降了10%~16%。基于伪距相位组合的单频PPP技术的伪距权重较大,会受到北斗伪距偏差的影响,分析表明该系统性偏差将导致单频PPP定位结果高程方向产生约1m的偏差。对GEO伪距偏差采用提出的卡尔曼滤波修正方法进行修正,并应用Wanninger和Beer的高度角模型消除IGSO/MEO观测值伪距偏差,本文对修正后的单频精密单点定位精度进行了分析。4个multi-GNSS experiment(MGEX)站10d观测数据的分析结果表明:仅改正和卫星多路径误差,高程方向定位结果精度可改善65%左右;采用本文方法对GEO卫星的多路径修正后,该方向定位结果精度改善比例将进一步提高至75%左右。     

一种北斗星源伪距波动改正方法

北斗伪距观测值中存在与卫星相关的误差,这种误差称为星源伪距波动。为了进一步探究北斗星源伪距波动误差规律,提高定位精度及可靠性,对12个IGS multi-GNSS测站提供的三频数据进行了分析,并在此基础上建立了基于卫星高度角的多项式改正模型。实验表明,星源伪距波动主要存在于北斗IGSO和MEO卫星中,没有在GPS,GLONASS,GALILEO和北斗GEO卫星中发现类似的现象。经改正,自测测站三频伪距多路径组合的RMS分别减少了41.3%,37.2%及11.4%,与卫星高度角相关系数小于0.01。     

BDS-3卫星伪距偏差及多路径误差分析

卫星伪距偏差对卫星精密定位的实现及其应用会产生较大的影响,为了探究BDS-3卫星伪距观测值是否存在伪距偏差,正确评价BDS-2和BDS-3各频率信号伪距观测值多路径误差,推导了可以度量多路径及噪声的无几何和无电离层的多路径组合(MP)观测量,并利用全球均匀分布的43个MGEX测站的观测数据,计算分析了多路径误差与卫星高度角的关系,对比分析了BDS-2和BDS-3不同频率信号伪距多路径的特性,统计了多路径误差的均方根,结果表明BDS-3伪距多路径误差明显小于BDS-2,验证了BDS-3卫星伪距观测值中不存在与卫星相关的伪距偏差。     

BDS伪距多路径效应误差分析及修正

北斗星座包含3类卫星,即GEO、IGSO和MEO,GEO卫星高度角变化微小,伪距多路径观测序列系统偏差较明显;IGSO、MEO卫星随多路径序列系统偏差随卫星高度角变化,多路径误差对单个接收机定位结果影响较大.本文针对GEO卫星伪距观测值偏差问题提出了一种基于卡尔曼滤波的修正方法,利用3 d的多路径效应误差观测序列进行拟合后,利用拟合值修正,修正后的GEO卫星多路径观测序列标准差下降了31％.     

基于高度角的多路径改正模型在BDS相对定位中的应用

伪距观测值的精度对相对定位解算的收敛速度有很大影响。相关研究发现BDS伪距观测值中存在与高度角相关的多路径偏差,严重降低了伪距观测值的精度。通过EMD滤波和多项式拟合建立基于高度角的多路径改正模型对这类误差进行消除。实验结果表明,基于高度角的多路径改正模型可以有效提高伪距观测值精度,加快相对定位结果收敛速度,改正后四个时段的2 h定位结果精度分别提高了64.1％、43.9％、35.3％、66.0％。      

陆态网络数据的北斗观测值特性分析

为了进一步分析北斗卫星观测值的相关特性,文章对比北斗卫星与GPS卫星、以及不同类型北斗卫星之间观测值特性的差异,提出了用站间差分考察伪距多路径组合和GFIF组合观测值的方法。陆态网络数据实验结果显示,北斗卫星B1频率观测值的信噪比最低;高度角较低时,北斗卫星伪距多路径组合绝对值和离散度均较大,约为1.5m,且IGSO和MEO卫星的伪距多路径组合值随高度角增大而明显降低;北斗GEO和IGSO卫星的相位GFIF组合有日周期性,变化范围约为±2cm,伪距GFIF组合的变化范围可达±2m;站间差分可明显减弱伪距多路径组合的变化趋势和相位GFIF组合的周期性,表明这两个组合中可能包含与卫星相关的误差,为北斗观测数据误差处理提供参考。     

三频电离层延迟改正中多路径误差和观测噪声的削弱算法

多频测距系统可以借助多频观测数据削弱电离层延迟的影响,但多频改正算法在改正电离层延迟项的同时会不同程度地放大多路径误差、观测噪声等伪距误差的影响。其中利用三频数据可以将电离层延迟改正至二阶项,也可以只改正至一阶项,分别称为三频二阶改正和三频一阶改正。首次推导了利用三频观测数据削弱伪距中多路径效应和观测噪声等误差的算法,使三频电离层延迟改正中伪距误差的影响大大减小。通过对三频实测数据的处理和分析验证了算法的有效性并给出了一些有益的结论和建议:在利用三频观测数据进行电离层改正时,首先改正伪距中的多路径误差和观测噪声,然后采用三频二阶改正算法将电离层延迟改正至二阶项,将有效提高伪距改正精度。如果不能有效削弱这些误差的影响,宜采用三频一阶改正或双频改正。     

GPS伪卫星变形监测中多路径改正的新方法

针对DC算法直接计算GPS伪卫星组合观测值的整周模糊度时,多路径影响不能作为一个常数消除的特征,提出一种新的多路径改正法--三次多路径单差值改正法,并利用该算法对实测GPS伪卫星数据进行处理.实际计算表明,该方法是采用DC算法后消除变形监测中多路径影响的极好方法.     

CNMC方法改进北斗/伪卫星协同定位精度分析

目前北斗卫星导航系统在轨卫星数量有限,在山坳及高楼林立的"城市峡谷"等特殊环境中,卫星信号易受遮挡造成用户定位精度降低或中断用户定位的连续性,通过加入伪卫星可有效减弱用户可见北斗卫星数目不足的问题。在北斗卫星和伪卫星协同定位中,需要正确处理北斗卫星和伪卫星伪距观测值中的多路径,以获取更好的定位精度。目前CNMC方法可有效减弱北斗卫星伪距观测值中的多路径影响,但由于信号传播路径不同所导致的观测误差特性不同,该方法不能直接应用于伪卫星的伪距数据处理中。针对伪卫星多路径处理问题,本文对CNMC方法进行了改进。在实际伪卫星试验场中进行了北斗/伪卫星动态协同定位试验,结果表明:使用CNMC方法对北斗卫星和地面伪卫星的伪距观测值处理后,三维定位精度由2.326m改进到了1.936m,定位稳定性也得到提升。     

北斗系统星源伪距偏差特性分析及改正

北斗卫星伪距观测值存在一类与卫星相关的系统误差,称为星源伪距偏差,MEO和IGSO卫星可以通过其与高度角的关系建立改正模型,而GEO卫星由于其静止特性难以建立基于高度角的改正模型。据此,本文在分析GEO卫星伪距偏差特性的基础上,提出了一种基于奇异谱分析(SSA)的修正方法,并通过双频无电离层组合伪距单点定位(SPP)对比试验来验证修正效果。结果表明:修正后GEO卫星伪距观测值基本上消除了伪距偏差,MP观测值精度在B1、B2、B3频率上分别提高了39.9%、17.9%、29.4%,MW观测值精度提高了41.3%;传统改正模型修正IGSO和MEO卫星伪距偏差对SPP影响很小,而奇异谱分析方法修正GEO卫星伪距偏差使SPP的精度在平面、高程方向上分别提高了11.1%、21.1%。     

北斗GEO卫星多路径特性在SPP中的应用

分析了BDS多路径组合观测中低频分量的特性及其对定位精度的影响;基于MGEX跟踪站的GNSS观测数据,利用功率谱、相关函数和奇异谱分析等方法对BDS多路径组合观测值进行了分析。结果表明,相邻2 d伪距多路径组合的低频分量相关性较高;原始时间序列中含有高频分量,属于随机噪声;通过奇异谱分析对GEO卫星多路径组合中的低频分量进行提取和改正试验,跟踪站CUT0和JFNG在N、E、U三个坐标分量上定位结果的标准差分别改善了0.2 m、0.1 m、0.2 m和0.2 m、0.4 m、0.5 m。     

利用MP提高GPS单点定位精度的研究

多路径误差是GPS定位重要的误差源之一,本文利用MP(多径组合观测值)对观测值受到的多路径效应进行定量评价,在GPS伪距单点定位中降低受多路径效应影响的观测值的权重,达到削减多路径误差提高定位精度的目的,最后通过试验验证了此方法的有效性和可靠性。     

星载GPS伪距多路径误差与观测噪声对自主定轨的影响分析

对搭载美国BlackJack接收机的CHAMP/GRACE-A/Jason-2卫星和搭载国产接收机的HY2A/ZY3/TH1卫星的星载GPS数据的伪距多路径误差与观测噪声进行了研究,重点分析了国产接收机伪距多路径误差的变化特性,并研究了多路径误差与观测噪声对星载GPS自主定轨的影响。结果表明:国产接收机的C/A码与P1码伪距观测精度要整体差于美国的BlackJack接收机,而P2码伪距观测精度要整体优于BlackJack接收机;国产接收机P1码伪距受多路径效应影响较大,其多路径误差随高度角减小存在单调递增的变化趋势,其中HY2A、ZY3与TH1卫星的多路径误差最大分别可达3.6 m、1.8 m与0.7 m;这种单调递增变化的多路径误差会导致星载GPS自主定轨位置结果在径向与切向产生系统性偏差。     

一种计算北斗三频多路径的方法及其结果分析

多路径误差分析是北斗卫星导航系统性能评估的一项重要内容。本文给出了一种新的计算3频多路径误差的方法,该方法只需对B1和B2载波相位观测值进行处理就能得到3个频率的伪距多路径误差。利用MGEX跟踪站的数据计算了BDS的多路径误差,从GPS和BDS多路径误差比较以及纬度、轨道和频率因素分析了BDS多路径误差的特性,结果表明,BDS多路径误差小于0．5 m,符合质量检查要求,其性能优于GPS卫星系统。     

变形监测中GPS多路径效应的削弱方法研究

本文主要从GPS的基本观测方程出发,通过数学分析的方法,在GPS观测值之间建立数学模型,进一步推导了伪距观测值和相位观测值中多路径效应的影响.此外,主要研究了利用相位平滑伪距削弱伪距多路径误差的方法,以及利用小波分析的方法对GPS多路径值序列进行分解和重构,提取出高精度的多路径误差,并通过实验数据分析了几种方法中的多路径效应.     

多路径误差对GPS C/A码伪距观测量影响的实验性研究

本文讨论了多路径误差对GPSC/A码伪距观测量的影响。通过在若干不同反射环境下进行实验性观测,本文分析和讨论了建筑物、高压线、地面、卫星自身以及水面反射引起的多路径误差的某些特征。其结论对研究GPS多路径误差的影响和实施GPS观测有一定的参考作用。     

北斗导航定位系统单点定位中的一种定权方法

北斗卫星导航定位系统星座复杂、不同种类卫星高度差异较大,本文将全局性非线性最小二乘算法(Bancroft算法)应用到北斗单点定位中,Bancroft算法主要依据四维空间下的一种Lorentz内积实现,将Bancroft算法中的Lorentz内积方程写成误差方程形式,推导此方程的权,得到一种新的北斗观测值定权公式。为了验证上述定权方法,基于伪距相位差值(CC组合)组合观测值分析了北斗GEO、IGSO和MEO卫星的测距信号质量,基于多路径(MP组合)组合观测值分析了多路径效应对单点定位的影响。结果表明,新算法提高了北斗单点定位精度。     

GPS变形监测中多路径效应的削弱方法研究

主要从GPS的基本观测方程出发,通过数学分析的方法,在GPS观测值之间建立数学模型,进一步分别推导了伪距观测值和相位观测值中多路径效应的影响。此外,主要研究了利用相位平滑伪距削弱伪距多路径误差的方法和利用小波分析的方法对GPS多路径值序列进行分解和重构,提取出高精度的多路径误差,并通过实验数据分析了几种方法中的多路径效应影响。     

基于网格中心点虚拟参考站的伪距差分方法

传统网络伪距差分定位方法中,服务端播发多个基准站观测卫星的伪距改正数和坐标,流动站用户接收所有基准站伪距改正数后内插得到自身所需伪距改正数。为简化流动站算法、保护国家大地坐标安全,本文提出了基于网格中心点虚拟参考站的伪距差分方法,该方法是将经纬线网格的中心点作为虚拟参考站,将基准站的伪距改正数内插到该虚拟参考站上,播发各虚拟参考站坐标和伪距改正数,流动站通过单点定位确定所在网格,利用其中心点上参考站的伪距改正数进行差分定位。试验表明,该方法在静态与动态情况下平面与高程方向均能获得亚米级定位。