北斗中长基线三频模糊度解算的自适应抗差滤波算法

针对经典TCAR(three carrier ambiguity resolution)算法受电离层延迟及测量噪声的影响,在中长基线下难以正确固定模糊度的问题,提出一种顾及电离层延迟影响并具有良好自适应抗差特性的改进TCAR算法。在无几何TCAR模型的基础上,通过对模糊度固定的超宽巷进行线性组合得到电离层延迟,再求解宽巷模糊度,通过构造最优组合观测量后用自适应抗差滤波求解窄巷模糊度,以提高窄巷模糊度固定正确率,减小粗差的不利影响。试验结果表明,改进TCAR算法可保证较高的宽巷模糊度固定正确率,有效提高了窄巷模糊度固定正确率,并具有良好抵抗粗差的能力。     

北斗系统载波相位动态差分定位方法

针对北斗系统高精度动态差分定位解算不够快速准确等问题,该文介绍北斗导航卫星系统载波相位动态差分定位方法:利用B1、B2载波相位观测值组成双差宽巷载波相位观测值,进行双差宽巷组合观测值整周模糊度的确定,然后解算双差载波相位观测值的整周模糊度,利用载波相位观测值进行动态定位解算;并通过BDS实测数据进行算法验证,证明本文解算的方法可以实现BDS高精度差分定位的整周模糊度动态解算,得到测站的厘米级差分定位结果。     

基于钟差解耦的GNSS精密单点定位模糊度固定模型及效果分析

精密单点定位模糊度固定可以显著提升定位精度,钟差解耦模型作为一种重要的模糊度固定模型,却鲜有文献对其进行研究。本文首先给出了基于钟差解耦模型的用于模糊度固定的产品估计策略,分析了传统的消电离层模型和钟差解耦模型钟差重构形式的差异,导出了提取卫星码偏差的钟差估计模型。然后,深入研究了钟差解耦模型在钟差估计收敛速度等方面的优势。不同于其他模型将宽巷模糊度偏差视为天内常数,钟差解耦模型逐历元估计该偏差项,基于此展开对宽巷模糊度偏差天内时变特性的研究。最后,评价了解耦钟差的精度,并利用解耦钟差产品进行精密单点定位模糊度固定试验。结果表明,相比于提取卫星码偏差的卫星钟差估计模型,钟差解耦模型在钟差估计中的收敛速度更快,钟差产品更加稳定;宽巷模糊度偏差在天内较为稳定;解耦钟差产品具有较高的精度,相比于传统消电离层组合模型,基于该产品的精密单点定位模糊度固定可显著提升定位精度。     

北斗伪距码偏差对基线解算的影响分析

北斗二代系统伪距码中存在与高度角相关的系统性偏差,该偏差会影响高精度的数据处理。基于Melbourne-Wübbena（MW）组合,分别利用现有的伪距码偏差改正模型和实测基线的双差宽巷模糊度残差,分析了伪距码偏差对基线解算的影响。理论分析表明,随着基线长度的增加,伪距码偏差对MW组合确定双差宽巷模糊度的影响越来越大,对300 km基线的影响可达0.36周。实际算例表明,无论基线长短,地球同步轨道（geostationary earth orbit,GEO）卫星的双差宽巷模糊度残差中始终存在偏差;而对于倾斜地球同步轨道（inclined geostationary orbit,IGSO）和中轨（medium earth orbit,MEO）卫星而言,当基线小于300 km时,双差基本可以消除伪距码偏差,其双差宽巷模糊度固定率基本和GPS一致,但当基线超过300 km时,部分卫星的双差宽巷模糊度残差就会存在明显偏差,其双差宽巷模糊度固定率也较低,此时需考虑伪距码偏差的影响。     

北斗系统短基线解算数据处理方法

北斗卫星导航系统基线解算和高精度定位中的关键问题是整周模糊度解算。针对北斗系统的相对定位问题,该文利用B1、B2载波相位观测值组成宽巷双差观测值,利用搜索算法固定宽巷双差整周模糊度,建立宽巷及B1、B2的双差观测方程,并利用搜索算法固定B1的整周模糊度,进而固定B2的整周模糊度。以武汉大学PANDA软件处理结果作为参考值处理16km以下的四段基线进行算法的试验检验,结果表明,四段基线在E方向、N方向、U方向的精度分别为1.5cm、2.0cm、5.0cm,验证了利用宽巷组合观测值进行北斗系统基线解算是可行的,其精度和GPS系统相当。     

长距离网络RTK参考站间双差模糊度快速解算算法

提出了一种长距离网络RTK参考站间双差整周模糊度快速解算方法,该方法利用双频载波相位模糊度间的线性关系确定宽巷模糊度,然后选取双频载波相位的备选模糊度组合,通过计算参考站间对流层误差和轨道误差等非色散误差,对双频载波相位整周模糊度进行搜索。实验结果表明,此方法能够快速、可靠地解算长距离参考站间的双差整周模糊度。     

多频Galileo精密单点定位瞬时模糊度固定性能评估

随着Galileo卫星系统的全面建成,多频Galileo观测值提供了更低噪声和更长波长的观测值组合,从而为Galileo瞬时精密单点定位（precise point positioning,PPP）模糊度固定（ambiguity resolution,AR）提供良好的条件。从三频无电离层组合观测模型出发,重点分析了Galileo各个频点观测值组合的噪声放大因子,并基于15个MGEX(multi-GNSS experiment)测站10天的观测数据评估了不同频率组合的Galileo瞬时PPP-AR定位精度。结果表明：在位置精度衰减因子（position dilution of precision,PDOP）较差时（PDOP=2.3）,采用Galileo E1/E5a/E6频率的瞬时PPP-AR在东、北和天方向的均方根（root mean square,RMS）分别为0.16 m、0.19 m和0.45 m,与Galileo E1/E5a/E5b瞬时PPP-AR定位解相比,在3个方向分别提高了约40%、38%和32%。以上结果表明,采用Galileo E1/E5a/E6组合对瞬时PPP-A...     

北斗星上多径对宽巷模糊度解算的影响分析

通过引入北斗星上多径参数,量化了北斗星上多径对宽巷模糊度解算的影响;从理论上分析了该影响量在非差、单差和双差条件下的特性,并采用零基线、短基线和长基线3组实测数据进行了分析与验证。结果表明:星上多径对非差宽巷模糊度估值的影响在三类卫星上表现出不同的特性,在MEO卫星上最大,可达1周;星间单差无法消除星上多径偏差影响,进而PPP宽巷模糊度的解算将受到影响;星上多径不会对零基线双差宽巷模糊度解算造成影响,对短基线双差宽巷模糊度解算的影响也可忽略,但长基线双差宽巷模糊度解算则受严重影响;星上多径会导致长基线双差宽巷模糊度平滑收敛缓慢,经改正后模糊度固定成功率能够显著提高,单历元取整成功率从52.7%提升到61.4%,平滑20个历元模糊度固定成功率即可从68.4%提升到95.5%。     

北斗/GPS宽巷混合双差RTK定位方法

针对在高遮挡环境下,通过双频混合双差RTK定位方法性能受限的问题进行了研究,提出一种北斗/GPS宽巷混合双差RTK定位方法。选择(1,-1)的宽巷组合系数,考虑宽巷系统延时偏差ISB(Inter-System Bias),完善双频混合双差模型;计算并补偿双频载波相位ISB和宽巷ISB,进而提高混合双差窄巷模糊度固定成功率。试验结果表明,在截止高度角为60°时,该方法模糊度固定率达到了78.54%,相比双频混合双差方法提高8.68%;比传统的双频标准双差方法提高130%,并且仍然能达到cm级的定位精度。     

基于宽巷/窄巷法的星载GPS相位数据的模糊度解算和周跳探测

星载GPS技术是卫星精密定轨及其任务顺利执行的关键,而模糊度和周跳问题是星载GPS相位数据应用的难题。本文利用宽巷/窄巷法对星载GPS相位数据进行模糊度计算和周跳探测,给出了模糊度计算和周跳探测的计算公式和解算步骤。利用宽巷/窄巷法对CHAMP卫星实际星载GPS数据进行了处理,结果表明该方法是可行的,同时由于卫星的高速运动,星载GPS数据的模糊度解算和周跳探测难度也较大。     

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％。      

一种顾及GEO卫星多路径效应影响的BDS长距离相对定位方法

提出了一种北斗卫星导航系统BDS长距离相对定位方法。在该方法的观测量随机模型中,考虑了BDS的GEO卫星伪距观测量中的系统性多路径变化趋势项的影响;并采用基于非组合观测值的DSOP(Double Station Observation Processing)方法进行数据解算。分别对BDS单系统和BDS/GPS组合相对定位解算结果进行了分析,实验结果都表明采用该方法能够显著提高定位结果的收敛速度。     

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。     

BDS非差非组合精密单点定位研究

针对BDS目前可提供服务的在轨卫星已经超过18颗,因此,研究非差非组合模型在BDS PPP中的应用具有重要意义。在简明阐述观测模型和参数估计基本理论的基础上,重点分析了BDS非差非组合PPP在静态、后处理动态和模拟实时动态下的定位精度。实验选取亚太区域4个MGEX跟踪站2016年第206—208天的BDS/GPS观测数据。研究表明:BDS静态E、N、U方向定位精度分别为1.8 cm、0.7 cm、3.1 cm; BDS模拟实时动态E、N、U方向定位精度分别为5.3 cm、3.9 cm、12.1 cm; BDS后处理动态与模拟实时动态E、N、U定位精度相当。     

嵌入式GPS/BDS实时精密单点定位方法

实时性和动态性是精密单点定位面临的关键问题。本文基于实时轨道钟差改正产品,讨论了GPS/BDS实时精密单点定位数学模型及误差处理方法。搭建嵌入式软硬件平台,研制出一套具有实时GPS/BDS双系统高精度定位功能的嵌入式设备。测试结果表明,对于嵌入式GPS/BDS实时精密单点定位,静态条件下平面方向优于3 cm,高程方向优于8 cm;动态条件下平面方向优于12 cm,高程方向优于15 cm。     

估计接收机差分码偏差的GPS/BDS非组合精密单点定位模型

在传统多系统非差非组合精密单点定位（precise point positioning,PPP）模型中,电离层延迟会吸收部分接收机码硬件延迟,其估计值可能为负数。提出了一种估计接收机差分码偏差（differential code bias,DCB）参数的GPS（Global Positioning System）/BDS（BeiDou Navigation Satellite System）非组合PPP模型,将每个系统第1个频率上的接收机码硬件延迟约束为零,对接收机DCB进行参数估计,达到了分离电离层延迟和接收机码硬件延迟的目的,降低了接收机钟差和电离层延迟的相关程度。利用4个多星座实验（multi-GNSS experiment,MGEX）跟踪站的GPS/BDS数据进行了静态和动态PPP试验,结果表明,与不估计DCB参数的PPP模型相比,采用估计DCB参数PPP模型后,静态模式下定位精度和收敛速度平均提高了29.3%和29.8%,动态模式下定位精度和收敛速度平均提高了15.7%和21.6%。     

BDS/GPS精密单点定位收敛时间与定位精度的比较

采用武汉大学卫星导航定位技术研究中心发布的北斗精密卫星轨道和钟差,在TriP 2.0软件的基础上实现了BDS PPP定位算法,并利用大量实测数据进行了BDS/GPS静态PPP和动态PPP浮点解试验。结果表明,BDS静态PPP的收敛时间约为80min,动态PPP的收敛时间为100min;对于3h的观测数据,静态PPP收敛后定位精度优于5cm,动态PPP收敛后水平方向优于8cm,高程方向约12cm;与GPS PPP类似,东分量上定位精度较北分量稍差。当前由于BDS的全球跟踪站有限,精密轨道和钟差精度不如GPS,因此BDS PPP的收敛时间较GPS长,但收敛后可实现厘米至分米级的绝对定位。     

偏航姿态对北斗精密单点定位的影响分析

当太阳相对于卫星轨道面的高度角较小时,北斗导航卫星将不会跟踪太阳位置,卫星姿态发生异常复杂的变化后一段时间内处于零偏模式。在此期间采用名义姿态将影响卫星天线相位中心偏差、相位缠绕等误差计算,进而使精密单点定位(PPP)参数估计和天顶对流层延迟估计出现偏差。研究表明,在北斗导航卫星处于零偏期间,采用名义姿态计算的相位缠绕、天线相位中心偏差中存在超过15cm的误差。在此期间的北斗卫星采用零偏姿态改正相位缠绕等误差,与采用名义姿态相比,动态PPP位置参数N、E、U的估计精度可以提高53.2%、54.2%、39.3%,静态PPP位置参数N、E、U的估计精度可以提高61.0%、72.3%、58.4%,天顶对流层延迟估计精度提高33.0%。     

北斗三频精密单点定位模型比较及定位性能分析

在Trip软件的基础上实现了北斗三频无电离层两两组合、三频消电离层组合和三频非组合精密单点定位（precise point positioning,PPP）算法。利用12个陆态网观测站的北斗三频观测数据对3种三频PPP定位模型及传统的双频无电离层组合PPP模型的定位性能进行分析。试验结果表明,对大多数测站,3种三频PPP模型静态定位精度水平方向优于1 cm,高程方向优于2 cm,动态定位精度水平方向优于4 cm,高程方向优于6 cm;3种三频PPP模型静态收敛时间约为120 min,动态收敛时间约180 min;相比于传统的双频PPP模型,三频PPP模型的定位精度有所提高,其中,三频非组合模型静态单天解RMS在水平方向和高程方向分别提高36.1%和6.3%,动态单天解RMS在水平方向和高程方向分别提高9.1%和6.3%。