北斗三号卫星导航信号接收机端伪距偏差建模与验证

接收机端伪距偏差是指非理想的卫星导航信号在接收机前端带宽和相关器间隔不同时产生的伪距测量系统性偏差.研究表明,北斗二号、GPS和Galileo系统均存在与接收机类型相关的伪距偏差,影响基于混合类型接收机站网的精密数据处理.本文基于iGMAS网和MGEX网观测数据,采用MW组合、伪距残差和伪距无几何距离无电离层组合3种方...     

北斗IGSO/MEO卫星伪距码偏差精化建模方法研究

北斗倾斜地球同步轨道（inclined geosynchronous orbit,IGSO）卫星和中轨（medium earth orbit,MEO）卫星的伪距码观测值存在系统性偏差,针对该偏差的现有建模方法（两步法）包含模糊度消除策略的误差,提出了一种基于历元间差分的一步建模方法,建立了同类型卫星整体的伪距码偏差三次多项式改正模型,并与现有的离散点改正模型进行对比。同时,针对每颗IGSO/MEO卫星的独特性,利用一步法逐卫星建模并评估其改正效果。结果表明,相对于现有的离散点改正模型,精化模型将IGSO/MEO卫星的Melbourne-Wübbena（MW）值的稳定性平均提高了23.88%,C08卫星的提高幅度最大,约为32.26%。     

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。     

北斗卫星伪距码偏差特性及其影响分析

在北斗导航卫星伪距码偏差特性分析的基础上,建立了倾斜地球同步轨道卫星（IGSO）和中轨卫星（MEO）的伪距码偏差多项式改正模型;并利用星间单差宽巷小数周一致性,分析建立北斗地球同步轨道卫星（GEO）卫星伪距码偏差改正模型。采用武汉大学北斗试验网、中国陆态网络和MGEX网不同位置、不同类型接收机观测数据进行分析验证,结果表明,北斗卫星伪距码偏差特性与观测值频率、卫星类型相关,所有GEO和IGSO卫星变化规律相同,所有MEO卫星变化规律相同,与接收机类型、测站位置和观测时间无关,偏差值大小随卫星高度角变化,其变化规律稳定,可以采用建立的两类改正模型（GEO/IGSO和MEO）进行修正。通过偏差修正后的伪距无电离层组合的残差、双频SPP以及单频PPP三个方面验证了伪距码偏差改正模型的正确性。     

北斗二号对北斗三号伪距单点定位精度影响分析

针对当前BDS-2/BDS-3组合定位性能,基于国际GNSS服务(IGS)跟踪站对BDS-2/BDS-3的组合定位实测数据,分析了北斗二号(BDS-2)不同类型卫星对北斗三号(BDS-3)卫星B1I、B3I与B1I/B3I双频组合伪距单点定位精度的影响. 经研究发现,BDS-2不同类型星座卫星都能有效改善BDS-3卫星可见数与卫星空间几何构型,地球静止轨道(GEO)卫星、倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星、中圆地球轨道(MEO)卫星使BDS-3单频和双频伪距单点定位精度的提升在20%以内,而全部BDS-2卫星使BDS-3单频和双频伪距单点定位精度的提升在30%以内,整体提升关系为:BDS-2全部卫星>IGSO卫星>GEO卫星>MEO卫星.      

北斗卫星伪距偏差标定及对用户定位精度影响

伪距偏差是指卫星导航信号非理想特征导致的不同技术状态接收机产生的伪距测量常数偏差。本文将伪距偏差作为一种用户段误差,提出基于并置接收机的伪距偏差计算方法和基于DCB参数的伪距偏差计算方法,以实现伪距偏差与其他误差的分离。然后利用实测数据测量了北斗卫星伪距偏差,结果表明伪距偏差标定序列波动STD约为0.1 m,不随时间明显变化,不同地点接收机测量的伪距偏差具有较好的一致性。在1.5 G频段,北斗卫星B1I频点伪距偏差最大。北斗卫星新体制信号B1C伪距偏差最小,较北斗卫星B1I频点伪距偏差明显改善,也明显好于GPS卫星L1C/A频点伪距偏差。在其他频段,GPS卫星L2C伪距偏差略大于北斗卫星B3I伪距偏差,L5C频点伪距偏差次之,B2a频点伪距偏差最小。最后,利用实测数据分析了伪距偏差对定位精度的影响。结果表明伪距偏差与卫星群延迟参数高度相关。若用户接收机与群延迟参数计算采用的接收机技术状态差异较大,用户接收机定位精度将明显恶化。     

北斗卫星导航系统伪距多径分析与仿真

卫星导航系统中伪距测量是否精确直接决定了导航接收机的定位精度.针对卫星导航系统中的伪距测量问题,介绍了伪距测量的原理,分析了伪距测量误差主要取决于钟差、电离层、对流层及多径传播效应引起的误差等,并重点针对多径效应进行分析;针对伪距测量中的多径误差,在定性给出伪距多径效应的基础上,重点对测码伪距多径误差进行了理论分析,建立了信号多径传播效应模型,通过相干超前减滞后鉴别器输出函数给出了测码伪距多径误差的表征方法;最后对测码伪距多径误差进行了仿真分析,分析了多径延时及多径幅度比对多径误差的影响,为伪距测量分析提供依据.     

北斗卫星伪距偏差模型估计及其对精密定位的影响

现阶段北斗卫星导航系统（BeiDou navigation satellite system,BDS）的同步地球轨道（geostationary orbits,GEO）卫星、中倾斜地球同步轨道（inclined geo-synchronous orbits,IGSO）卫星和中圆地球轨道（medium earth orbit,MEO）卫星均存在伪距偏差,该伪距偏差的存在对精密定位的研究及其应用产生了较大的影响。根据北斗IGSO和MEO卫星的伪距偏差与高度角和频率相关的误差特性,本文分析了测站数目及分布,以及观测时长对建模的影响,选择18个测站2015年全年的数据作为MEO卫星的建模数据,其中可以连续观测到全弧段IGSO卫星的4个测站用于IGSO卫星的建模,采用加权分段线性拟合联合抗差估计的方法建立了北斗卫星伪距偏差改正模型。模型改正后,北斗IGSO和MEO卫星的伪距偏差得到明显的削弱,相比于传统的伪距偏差改正模型,精密单点定位（precise point positioning,PPP）的定位精度和收敛时间均得到提升。     

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%。     

北斗卫星导航系统单频伪距绝对定位精度分析

利用北斗卫星导航系统进行导航定位具有全天候、高精度、不受其他定位系统限制等优点.为验证目前系统定位精度,采用单频伪距绝对定位的方式,对系统试运行阶段和正式提供区域服务后两天的观测数据进行处理和分析.结果表明:北斗系统单频伪距绝对定位能够达到米级精度,可以满足基础测绘和日常生产的需要.     

北斗单频相位平滑伪距精度分析

利用北斗/GPS双系统接收机于2013年第144和145天采集两组北斗和GPS单频数据,分析对应时段的GDOP值,发现北斗卫星GDOP值在4-6之间,略大于GPS的GDOP。并利用单频相位平滑伪距,分别计算各个系统平滑前后NEU方向的单点定位误差,对比结果发现,北斗的伪距单点定位经过相位平滑后精度有明显的提高,但是需要一定的收敛时间;而GPS平滑后的误差收敛很快,但精度改进不大。     

“北斗二号”导航定位系统与GPS伪距单点定位性能对比研究

对GPS系统、北斗二号系统以及GPS/北斗组合系统伪距单点定位的关键技术进行研究,分析了3种导航系统的DOP值。单一系统随卫星高度角的增加,DOP值增大,定位精度下降。GPS伪距单点定位的精度达到2 m,北斗伪距单点定位的精度在5 m以内,GPS/北斗联合定位的精度和GPS相差不大。     

MGEX差分码偏差产品对BDS-3伪距单点定位的影响研究

为研究不同差分码偏差(differential code bias,DCB)产品对BDS-3伪距单点定位的影响,推导了BDS-3单频和双频无电离层组合伪距单点定位卫星端DCB改正模型,基于多模全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）实验跟踪网发布的中国科学院(Chinese Academy of Sciences, CAS)和德国宇航中心(Deutsches Zentrum für Luftund Raumfahrt,DLR)两种DCB产品,并结合全球不同纬度均匀分布的国际GNSS服务测站连续7天的BDS-3实测数据对B1I、B1C和B2a单频与B1C/B2a、B1I/B3I两种常用无电离层组合伪距单点定位精度进行对比分析。实验结果表明,在B1I、B1C、B2a 3种频率和B1C/B2a、B1I/B3I两种组合中,CAS产品改正后的定位精度整体上优于DLR产品,具体来说,定位精度的平均值在E、N、U 3个方向上分别提高了3 cm、1 cm和6 cm。     

顾及GEO卫星伪距偏差的BDS-2非组合PPP模型与算法

针对BDS系统GEO卫星存在伪距长周期多路径效应引起的系统性偏差LPME(Long Period Multipath Effect)的特点,提出顾及LPME的BDS非组合PPP数学模型。其中,为简化运算和提高法方程结构强度,将LPME参数在1 d内视为常数估计,对GEO卫星和MEO/IGSO卫星观测值赋予相同的权重。选取2015年年积日为150的29个MEGX跟踪站数据进行验证,并设置两组实验对比模型。结果表明:相较于降低GEO卫星观测值权重或者直接忽略GEO卫星的定位模型,新提出模型能够有效减少PPP的伪距残差、增加数据利用率、缩短收敛时间,并能在E、N、U方向带来10%左右的定位精度方面的提升。     

北斗卫星导航系统伪距差分定位技术研究

阐述了北斗卫星导航系统(BDS)伪距差分定位模型,比较了该模型与GPS伪距差分定位模型的差异。结合实例对BDS和GPS的基线解算进行了比较,分析了两模型基线解算结果的精度,发现伪距差分能达到亚米级至米级的精度,可为BDS地基增强建设提供新思路;并探讨了BDS卫星可见数对伪距差分定位的影响,得出有益的结论。     

北斗与GPS组合伪距单点定位精度分析

主要介绍了北斗与G PS组合单点定位时的原理和模型,根据自编程序,利用同济大学TJA站的数据进行计算及分析比较GPS伪距、北斗伪距、北斗/GPS组合伪距单点定位的精度。结果表明：北斗伪距单点定位的精度平面方向上达到3m以内,高程方向优于8 m ,满足普通导航定位的需求。北斗/G PS组合伪距单点定位精度明显优于单系统。在单系统观测条件差时,组合系统可以减少对单一系统的依赖性,而且还可以增强卫星定位的稳定性和可靠性。     

北斗二号与北斗三号完好性参数设计差异分析

针对能够标识北斗二号与北斗三号系统服务完好性的参数差异问题,该文从完好性参数定义、导航电文结构、参数内容和播发方式等方面对北斗二号和北斗三号系统完好性参数播发现状进行了比对分析,并对各类参数的工程实现情况进行了比较,结果表明:在兼容北斗二号基本导航服务相关系统完好性参数的基础上,北斗三号增加了可快速标识服务精度及预测精度的完好性参数;受多方面的约束与局限,北斗二号仅具备提供单频改正的广域差分增强服务的能力,且无相关国际标准规范支撑,而北斗三号为能获取国际民航组织测试认证,已立足于国际相关标准规范进行了可支撑单、双频改正的星基增强服务工程实现.     

方差分量估计分析北斗伪距信号精度

针对北斗伪距精度和时间相关性研究较少的问题,该文引入最小二乘方差分量估计方法,对伪距与载波相位形成的电离层残差组合序列求高阶差分,构造伪距观测量的关系方程,并分析了北斗卫星伪距观测量的精度和时间相关性。结果表明,北斗伪距观测量的测量噪声在0.1~0.5m范围内,随高度角的增大而减小;不同频率的伪距噪声各有差异,高度角增大时差异减小,所有测站中B1的伪距噪声最大,B2、B3的大小关系随测站而异;地球同步轨道卫星的伪距精度优于倾斜地球同步轨道和中地球轨道卫星,且后两者差距较小;市场上两款北斗接收机的伪距测量精度相当。相关分析表明,当接收机采样频率等于或低于1Hz时,伪距观测量不存在明显的时间相关性;当采样频率高于1Hz时,伪距观测量表现出较强的时间相关性。     

聚类分析的伪距偏差特性研究

针对如何对由信号畸变导致的伪距偏差数据快速准确地进行判断分类这个问题,该文进行了分析研究,提出采用聚类分析中的K-medoids算法展开伪距偏差特性研究,实现信号畸变导致的伪距偏差自动判别.通过对实际观测数据的分析比较可以看出,引入聚类分析方法实现伪距偏差的自动判别比仅按照接收机厂商、接收机模型划分伪距偏差更加符合实际情况.由信号畸变导致的伪距偏差在全球卫星导航系统(GNSS)精密数据处理中至关重要,会对精密单点定位精度和收敛性能、电离层延迟提取等产生影响.随着卫星导航系统以及GNSS跟踪网的建设与完善,海量的基准站及丰富的接收机类型为GNSS精密处理带来了更多的挑战.引入聚类分析方法实现了伪距偏差的自动判别,对于卫星导航精密数据处理性能具有重要的意义.     

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。